Τα ηλεκτρονικά τεχνητά κάτω άκρα δίνουν στον χρήστη τη δυνατότητα να περπατήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα και με ικανή ταχύτητα. Οι συσκευές αυτές όμως απαιτούν προηγούμενο προγραμματισμό ώστε να λειτουργούν ομαλά και να παράγουν φυσιολογικό βάδισμα. Η ρύθμισή τους μπορεί να απαιτήσει ώρες και το αποτέλεσμα δεν είναι πάντα τέλειο.
Μια ομάδα επιστημόνων των Πανεπιστημίων της Βόρειας Καρολίνας και της Αριζόνα έβαλαν ως στόχο να αναπτύξουν μια πιο αυτοματοποιημένη διαδικασία ρύθμισης των τεχνητών ποδιών και πρόσφατα ανακοίνωσαν το αποτέλεσμα της προσπάθειάς τους. Το λογισμικό που ανέπτυξαν βασίζεται σε μια τεχνική που ονομάζεται reinforcement learning. Ο χρήστης τεχνητού κάτω άκρου περπατά σε έναν κυλλιόμενο τάπητα άσκησης με την καθοδήγηση του προσθετικού του. Το σύστημα παρακολουθεί και καταγράφει τις προθέσεις και τις κινήσεις του χρήστη και προσαρμόζει τις ρυθμίσεις του τεχνητού μέλους επιτόπου με βάση τα στοιχεία που καταγράφει.
Αυτή η «εκπαίδευση» του τεχνητού μέλους απαιτεί περίπου 10 λεπτά ώστε ο χρήστης να έχει την αίσθηση του φυσιολογικού βαδίσματος. Το αποτέλεσμα αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το σύστημα προσαρμόζει περίπου 12 παραμέτρους, όπως η σκληρότητα των αρθρώσεωνσε κάθε βήμα της διαδικασίας. “Αρχικά δίνουμε στον χρήστη ένα προσθετικό γόνατο με τυχαίες ρυθμίσεις παραμέτρων”, εξηγεί η Helen Huang, μέλος της ομάδας που έκανε την ανακοίνωση. “Στη συνέχεια ζητάμε στον χρήστη να ξεκινήσει να βαδίζει, ενώ τον παρακολουθούμε. Συλλέγουμε δεδομένα τόσο στο τεχνητό μέλος όσο και στο βάδισμα του χρήστη με ένα σύνολο αισθητήρων. Ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής προσαρμόζει τις παραμέτρους του τεχνητού μέλους και συγκρίνει το βάδισμα του χρήστη με ένα τυπικά φυσιολογικό βάδισμα σε παρόμοιες συνθήκες. Ο αλγόριθμος που έχουμε αναπτύξει μπορεί να αναγνωρίσει ποιες παράμετροι και ποιες ρυθμίσεις εμποδίζουν το αποτελεσματικό βάδισμα. Ο αλγόριθμος «μαθαίνει» και αναγνωρίζει γρήγορα τις παραμέτρους που θα επιτρέψουν στον χρήστη να έχει ένα φυσιολογικό βάδισμα. Χωρίς τον αλγόριθμο, η ρύθμιση του ποδιού μπορεί να απαιτήσει μισή μέρα δουλειάς.”
Στο σύστημα που ανέπτυξε η ομάδα, το προσθετικό πόδι και οι αισθητήρες συνδέονται μέσω ενός χοντρού καλωδίου με τον ηλεκτρονικό υπολογιστή που «μαθαίνει» και προσαρμόζει τις ρυθμίσεις. Το επόμενο βήμα είναι το σύστημα να γίνει ασύρματο ώστε ο χρήστης να μπορεί να το χρησιμοποιήσει στο φυσικό του περιβάλλον. Αυτό αναμένεται να βελτιώσει ακόμη περισσότερο την «εκπαίδευση» του τεχνητού μέλους, με στόχο ένα ακόμη πιο φυσιολογικό βάδισμα.
Από επιστημονικό άρθρο στο ακαδημαϊκο περιοδικό: IEEE Transactions on Cybernetics: Online Reinforcement Learning Control for the Personalization of a Robotic Knee Prosthesis…
