پیشرفت‌های اخیر در حوزه رباتیک از زیر شاخه های هوش مصنوعی و مهندسی پزشکی باعث شده‌اند پروتزهای مدرن دست بیونیک از نظر تعداد درجات آزادی، دقت حرکتی و توانایی انجام کارهای پیچیده، شباهت زیادی به دست طبیعی انسان پیدا کنند. با این حال، آمارها نشان می‌دهد که این شباهت فنی لزوماً به رضایت کاربران منجر نشده است. بر اساس پژوهش‌ها، نزدیک به ۵۰ درصد از افراد دارای قطع عضو اندام فوقانی، پس از مدتی استفاده از پروتزهای پیشرفته، آن‌ها را کنار می‌گذارند و دیگر هرگز از آن‌ها استفاده نمی‌کنند. جیک جورج، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه یوتا، دلیل اصلی این موضوع را نه ضعف سخت‌افزاری، بلکه دشواری و غیرشهودی بودن کنترل این دست‌های بیونیک می‌داند.

به گفته جورج، انسان هنگام استفاده از دست طبیعی خود نیازی به فکر کردن درباره نحوه گرفتن اشیا ندارد، زیرا مغز و سیستم عصبی به‌صورت خودکار بسیاری از تصمیمات حرکتی را می‌گیرند. در دست انسان، گیرنده‌های حسی بسیار ظریفی در نوک انگشتان وجود دارد که در صورت لغزش یک شیء، در کمتر از ۶۰ تا ۸۰ میلی‌ثانیه پیام لازم را به مغز ارسال می‌کنند و فشار دست به‌طور ناخودآگاه تنظیم می‌شود. این نوع رفلکس‌ها و حلقه‌های بازخورد عصبی باعث می‌شوند گرفتن یک لیوان کاغذی یا گرفتن توپ در حال حرکت کاری کاملاً طبیعی و بدون تمرکز ذهنی باشد، در حالی که اغلب پروتزهای تجاری فاقد چنین توانایی‌هایی هستند.

در بیشتر دست‌های بیونیک موجود در بازار، کاربر مجبور است همه چیز را به‌صورت دستی کنترل کند؛ از انتخاب نوع گرفتن گرفته تا میزان نیروی اعمال‌شده توسط هر انگشت. حتی روش‌های پیشرفته‌تری مانند الکترومایوگرافی سطحی که سیگنال‌های الکتریکی عضلات باقی‌مانده را به فرمان‌های حرکتی تبدیل می‌کند نیز به دلیل نویز بالا و دقت محدود، تجربه‌ای طبیعی برای کاربر ایجاد نمی‌کند. در چنین شرایطی، فرد باید هنگام گرفتن یک شیء به‌طور مداوم عضلات خود را در وضعیت خاصی نگه دارد و روی حفظ فشار تمرکز کند؛ کاری که در بلندمدت خسته‌کننده و آزاردهنده است.

برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی دانشگاه یوتا به رهبری جیک جورج و مارشال تروت، رویکردی نوین مبتنی بر هوش مصنوعی ارائه داده‌اند. آن‌ها با اصلاح یک دست بیونیک تجاری، نوک انگشتان آن را با حسگرهای فشار و مجاورت پوشیده‌شده با سیلیکون جایگزین کردند. این حسگرها به دست بیونیک اجازه می‌دهند فاصله تا اشیا و میزان نیروی لازم برای گرفتن ایمن آن‌ها را با دقت بالا تشخیص دهد. داده‌های حاصل از این حسگرها سپس به یک کنترل‌کننده مبتنی بر هوش مصنوعی ارسال می‌شود که وظیفه آن تنظیم خودکار حرکات مفاصل و میزان فشار هر انگشت است.

این سیستم هوشمند با انجام هزاران حرکت تکراری و لمس اشیای مختلف آموزش دید تا بتواند انواع اشیا را تشخیص دهد و الگوی مناسب گرفتن را انتخاب کند. نکته مهم اینجاست که هوش مصنوعی هر انگشت را به‌صورت مستقل کنترل می‌کند و همین موضوع باعث می‌شود دست بیونیک هنگام گرفتن اشیا، رفتاری طبیعی و تطبیقی از خود نشان دهد. به بیان ساده‌تر، وقتی یک شیء مقابل دست قرار می‌گیرد، انگشتان به‌طور خودکار با شکل آن منطبق می‌شوند و نیازی به دخالت مستقیم و مداوم کاربر نیست.

تفاوت اصلی این پروژه با نمونه‌های پیشین در نحوه تعامل انسان و ماشین نهفته است. در بسیاری از تحقیقات قبلی، کاربر باید حالت خودکار را به‌صورت دستی فعال یا غیرفعال می‌کرد، اما در این دست بیونیک، از مفهوم «کنترل مشترک» استفاده شده است. در این مدل، کاربر همچنان اختیار کامل دارد و می‌تواند فشار دست را افزایش یا کاهش دهد یا شیء را رها کند، در حالی که هوش مصنوعی به‌صورت نامحسوس در پس‌زمینه عمل می‌کند و تنها در مواقع لازم به بهبود گرفتن کمک می‌کند. این رویکرد باعث می‌شود کاربر احساس نکند کنترل از او گرفته شده یا سیستم در برابر حرکاتش مقاومت می‌کند.

نتایج آزمایش‌های انجام‌شده بسیار امیدوارکننده بوده است. شرکت‌کنندگان سالم و افراد دارای قطع عضو هنگام استفاده از این دست بیونیک هوشمند توانستند اشیای ظریفی مانند لیوان کاغذی یا تخم‌مرغ را با موفقیت بسیار بالاتری جابه‌جا کنند. در حالی که بدون استفاده از هوش مصنوعی میزان موفقیت آن‌ها حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد بود، با فعال بودن سیستم هوشمند این عدد به ۸۰ تا ۹۰ درصد افزایش یافت. علاوه بر این، میزان فشار ذهنی و تمرکز موردنیاز برای کنترل دست نیز به شکل محسوسی کاهش پیدا کرد.

منبع خبر: arstechnica