محققان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) از توسعه یک مچبند اولتراسوند پیشرفته خبر دادهاند که میتواند حرکات پیچیده دست انسان را با دقت بسیار بالا ثبت و بازسازی کند
به گزارش سرویس رباتیک تکناک، پژوهشگران میگویند این فناوری جدید میتواند به آموزش رباتهای انساننما برای انجام وظایف ظریف و پیچیده کمک کند و گامی مهم در مسیر دستیابی به مهارتهای حرکتی مشابه انسان در رباتها باشد.
رباتهای انساننما در سالهای اخیر پیشرفت قابلتوجهی داشتهاند، اما همچنان انجام بسیاری از فعالیتهای روزمره که برای انسان ساده به نظر میرسند، برای آنها دشوار است. گرفتن یک لیوان بدون شکستن آن، باز کردن در بطری، بستن بند کفش یا نواختن ساز به هماهنگی پیچیدهای میان انگشتان، کف دست و مچ نیاز دارد. همین موضوع باعث شده است که بازسازی دقیق حرکات دست انسان به یکی از چالشهای اصلی صنعت رباتیک تبدیل شود.
پژوهشگران MIT برای حل این مشکل یک مچبند پوشیدنی طراحی کردهاند که از امواج فراصوت با فرکانس بالا برای مشاهده ساختارهای داخلی مچ دست استفاده میکند. این دستگاه برخلاف بسیاری از سامانههای متداول که تنها حرکت خارجی دست را ثبت میکنند، فعالیت عضلات، تاندونها و رباطهای زیر پوست را بهصورت مستقیم ردیابی میکند. در نتیجه، اطلاعات بسیار دقیقتری از نحوه ایجاد حرکات دست در اختیار سامانههای هوش مصنوعی قرار میگیرد.
به گفته محققان، ثبت دقیق فعالیت عضلات و تاندونها اهمیت زیادی دارد، زیرا حرکت واقعی دست پیش از آنکه در ظاهر دیده شود، در لایههای داخلی بدن شکل میگیرد. دسترسی به این اطلاعات میتواند درک عمیقتری از سازوکار حرکات انسانی در اختیار الگوریتمهای یادگیری ماشین قرار دهد و به توسعه نسل جدیدی از رباتهای ماهر کمک کند.
سامانه جدید MIT به یک سیستم تصویربرداری اولتراسوند بیسیم ۲۵۶ کاناله مجهز شده است. این مجموعه از صدها کانال تصویربرداری برای ارسال و دریافت امواج فراصوت استفاده میکند و تصویری بسیار دقیق از وضعیت عضلات و تاندونهای مچ دست ارائه میدهد. دادههای تولیدشده سپس توسط یک مدل هوش مصنوعی ترکیبی مبتنی بر معماری Transformer و ResNet تحلیل میشوند.
این مدل هوش مصنوعی قادر است تغییرات بسیار جزئی در فعالیت عضلات را تشخیص دهد و حرکات دست را بهصورت لحظهای بازسازی کند. مهمترین دستاورد این فناوری، توانایی ردیابی تمام ۲۲ درجه آزادی دست انسان است. این درجات آزادی شامل حرکات مختلف انگشتان، مفاصل و کف دست میشوند که امکان انجام فعالیتهای پیچیده و هماهنگ را فراهم میکنند.
محققان در مقاله علمی خود توضیح دادهاند که فناوریهای فعلی برای ردیابی حرکات دست محدودیتهای قابلتوجهی دارند. سامانههای مبتنی بر دوربین معمولاً در شرایطی که دست از میدان دید خارج شود یا توسط اشیای دیگر پوشانده شود، عملکرد مناسبی ارائه نمیدهند. همچنین حسگرهای کششی، حسگرهای اینرسی و فناوریهای الکترومایوگرافی اغلب دقت کافی برای ثبت حرکات ظریف انگشتان را ندارند یا آزادی حرکت کاربر را محدود میکنند.
فناوری جدید در واقع حاصل چندین سال تحقیق در حوزه اولتراسوند پوشیدنی است. دانشمندان پیشتر از این فناوری برای پایش مداوم اندامهای داخلی بدن، تصویربرداری از قلب، اندازهگیری حجم مثانه و بررسی جریان خون مغزی استفاده کرده بودند. اکنون این تجربیات در قالب یک مچبند سبک و قابلحمل به کار گرفته شدهاند تا کاربردهای تازهای در حوزه رباتیک و تعامل انسان و ماشین ایجاد کنند.
تیم تحقیقاتی MIT عملکرد این دستگاه را در آزمایشهایی با حضور هشت داوطلب ارزیابی کرد. نتایج نشان داد که مچبند میتواند حرکات دست را با دقت بالا و تأخیری حدود ۱۲۰ میلیثانیه بازسازی کند. چنین سرعتی برای بسیاری از کاربردهای بلادرنگ از جمله کنترل رباتها و محیطهای واقعیت مجازی کافی محسوب میشود.
پژوهشگران برای نمایش دقت سامانه، از آن برای شناسایی تمامی ۲۶ حرف زبان اشاره آمریکایی استفاده کردند. نتایج آزمایشها نشان داد که مچبند میتواند حتی تفاوتهای بسیار جزئی میان وضعیتهای مختلف انگشتان را تشخیص دهد. این قابلیت نشاندهنده توانایی بالای سامانه در ثبت حرکات پیچیده دست است.
یکی دیگر از مزایای مهم این فناوری، عملکرد کاملاً بیسیم آن است. کاربران میتوانند بدون اتصال مستقیم به تجهیزات رباتیک، دستورات حرکتی خود را از راه دور به رباتها منتقل کنند. پژوهشگران برای نمایش این قابلیت از مچبند برای جابهجایی اشیای سهبعدی در محیط واقعیت مجازی و همچنین کنترل یک دست رباتیک جهت نواختن پیانو استفاده کردند.
محققان معتقدند مهمترین کاربرد بلندمدت این فناوری در تولید مجموعه دادههای گسترده از حرکات طبیعی انسان نهفته است. چنین دادههایی میتوانند برای آموزش مدلهای هوش مصنوعی مورد استفاده قرار گیرند و به رباتهای انساننما کمک کنند تا مهارتهای حرکتی پیچیده را سریعتر و دقیقتر بیاموزند. در صورت موفقیت این رویکرد، نسل آینده رباتها خواهد توانست بسیاری از کارهای ظریف انسانی را با دقتی نزدیک به انسان انجام دهد و نقش پررنگتری در زندگی روزمره ایفا کند.
