Explorando a generalização de habilidades com um braço robótico extra para aumento de motor

De acordo com um estudo recente publicado em Sistemas Inteligentes Avançadoso cérebro pode se adaptar a um terceiro braço artificial e usá -lo para tarefas simples. Isso mantém vivo o sonho de mecânica de precisão e cirurgiões para que as pessoas usem habilmente um terceiro braço em algum momento no futuro.

Cerca de 20 participantes do estudo estão aprendendo a usar um braço artificial em laboratório. O membro rudimentar, equipado com um grampo na extremidade, é fixado em uma mesa ao lado dos participantes que, enquanto estão sentados, controlam -o usando uma correia colocada no diafragma. Uma expiração move o braço para a frente; Uma inalação o move para trás.

Os participantes praticam executando uma série de tarefas como blocos de agarrar, pressionar botões ou mover cursores. Para os cientistas que administram este projeto, o objetivo é determinar em que medida o cérebro pode aprender a usar um membro robótico da mesma maneira que um braço natural.

Em estudos anteriores, a equipe da EPFL já havia demonstrado que os participantes poderiam controlar os braços virtuais e apontar objetos com um braço robótico simples. Agora é um passo adiante, pois examina a capacidade de entender.

A equipe liderada pelo PostDoc David Leal mediu uma habilidade tão banal quanto complexa: generalização de tarefas. “Com um membro natural, fazemos isso automaticamente”, explica Silvestro Miquera, principal autor do estudo. “Se uma criança aprende a entender um certo objeto, ela não precisa aprender a fazê -lo depois para outros objetos. O cérebro internaliza o princípio da sequência de movimento e o generaliza para outros objetos”.

Multitarefa quase impossível

De acordo com Miquera, se o cérebro puder generalizar tarefas com um braço artificial, isso indica que é capaz de incorporá -lo – ou seja, usá -lo efetivamente como parte integrante do corpo. “É uma pista que sugere que o cérebro pode realmente controlar um membro robótico”, diz ele.

O estudo mostra que a generalização realmente ocorre. Os participantes praticaram inicialmente os blocos em movimento o mais rápido possível, usando seus braços naturais e artificiais simultaneamente. Em uma segunda fase, quando comparados aos participantes sem prática, eles foram capazes de manipular vários outros objetos com mais rapidez e mais precisão com seus braços naturais, bem como com o braço robótico.

Em outras palavras, um protocolo eficiente para induzir a generalização com um membro natural produziu o mesmo efeito com o membro robótico.

Dito isto, há menos generalização quando as operações solicitadas na fase de teste estão muito distantes da fase de treinamento. Isso é particularmente verdadeiro em um contexto multitarefa. Por exemplo, os participantes acham difícil generalizar objetos de agarrar com o braço artificial se precisarem digitar um teclado ao mesmo tempo usando as mãos.

Segundo Miquera, esse resultado sugere que a generalização com o membro artificial pode ser mais difícil de alcançar e pode ser limitada a executar tarefas muito semelhantes. E talvez o treinamento também não tenha sido ideal, acrescenta ele.

Pesquisa de maior precisão muito invasiva

Por enquanto, relativamente poucos cientistas estão trabalhando no aumento de humanos com membros robóticos. Nos Estados Unidos e na Europa, apenas algumas equipes estão estudando o assunto, incluindo a integração de dedos artificiais. No entanto, a promessa inerente a essa abordagem permanece intrigante.

“Você pode imaginar muitas profissões onde membros adicionais podem ser úteis. Por exemplo, socorristas, mecânica de precisão ou cirurgiões, que não precisariam mais de assistentes para passar a eles seus instrumentos”, diz Miquera. Mas ele é rápido em apontar que essas aplicações ainda estão longe de serem realidade.

O principal obstáculo está no controle reduzido. Mesmo se melhorar, o controle do diafragma de um braço artificial permanecerá rudimentar, longe da precisão de um membro natural. Para limpar esse obstáculo, uma interface invasiva, como eletrodos no córtex, pode ser a solução de longo prazo para traduzir sinais cerebrais em comandos executáveis ​​para o braço.

Mas isso não é possível agora. Portanto, Miquera e sua equipe estão se limitando a dispositivos não invasivos-atualmente controlados pela respiração e, em um futuro próximo, por eletrodos colocados no couro cabeludo.

Para Miquera, no entanto, o apelo de tal trabalho não reside tanto em cenários futuristas com seres humanos aumentados, como em uma melhor compreensão do cérebro e em sua maneira de interface e construir novas conexões com o corpo.

“Para mim, é acima de tudo uma pergunta neurocientífica”, explica ele. “Ao entender melhor como melhorar e acelerar o treinamento com um braço artificial, podemos obter informações úteis para a reabilitação, por exemplo, com pacientes que estão paralisados ​​após um derrame”.