`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Андрей Зубинский

Немного Настоящей фантастики

+1212
голосов

В 2009 году DARPA инициировало исследовательскую программу «Протезирование 2009». Инициирующими причинами были не только возвратившиеся с Иракской операции 2008 года 800 тяжело раненых солдат. Потребности в протезировании из-за боевых действий – капля в море по сравнению с бытовыми травмами, ампутациями из-за осложнений сахарного диабета etc (в США годовая цифра оценивается на уровне 185 тысяч человек).

С момента инициирования программы прошло всего ничего по меркам действительно сложных исследований. И вот главный исполнитель в проекте, Лаборатория Прикладной Физики университета Джона Хопкинса, в содействии с добровольцем, первым настоящим киборгом, Лесом Баухом (Les Bough), достигли того уровня реализации, при котором результат можно показать миру.

Дальше по тексту будут фотографии, которые могут показаться некоторым не очень приятными, я предупреждаю. К сожалению, принятая в идеализации той же космонавтики эстетика «всё красиво, все красивые, все улыбаются как пупсики» (хотя самая простая логика подсказывает, что у закрытых в компактной «космической банке» на долгие месяцы космонавтов далеко не «всё красиво») сыграла злую роль, и о таком приходится предупреждать.

Большие события настоящей реальности никогда не похожи на разгар детского утренника с конфетти. А мы говорим об Очень Большом Событии, пожалуй, куда большем, чем очередной запуск какого-то сервисного спутника, о котором уже упоминают только в подвалах новостей.

Без всякого фанатизма и преувеличений – то, что делают в университете Хопкинса, это начало огромной революции в познании настоящего космоса нервной системы человека. Это первые шаги, но уже совсем не робкие.

Итак, вот он, первый «нейронавт» планеты Земля, Лес Баух, 40 лет назад потерявший обе руки в результате производственной травмы (поражение электрическим током):

Немного Настоящей фантастики

Теперь Лес Баух живёт с двумя руками. Обучение использованию биопротезами потребовало всего 10 дней.

Без всякой патетики могу сказать вот что – если «освоение космоса» в массовой культуре пока обернулось только антуражем для вторичных слезливых драм («гравитация» и по-быстрому слепленный собрать остатки сливок «интерстеллар»), то за этими скупыми фактами – такие подлинные слёзы радости хотя бы одного человека, что слава Богу, никто из режиссёров не взялся превратить эту историю в «слёзодавилку full HD»:

Немного Настоящей фантастики

Для сравнения – такие манипуляторы были стандартом в полном протезировании руки, когда всё начиналось в 2009 году:

Немного Настоящей фантастики

Это была часть, о которой писали все, кому не лень. А будет часть, требующая определённых усилий, потому об этом очень мало кто писал.

Каждый протез руки, созданный по программе «Prosthetics 2009» - сложнейшее устройство с двадцатью шестью степенями свободы (в этом показателе исследователи и разработчики превысили требования DARPA, в базовых требованиях – 22 степени свободы, но практика показала, что их недостаточно):

Немного Настоящей фантастики

Только «кисть» протеза содержит 21 датчик абсолютного положения (для всех подвижных элементов), 14 датчиков крутящего момента, 10 тензодатчиков (позволяющих оценить давление на сторонний предмет), 17 датчиков температуры, 41 служебный датчик  (в том числе дополнительные датчики положения ротора шаговых двигателей), 3 трёхосевых MEMS-акселерометра (для замыкания контуров обратной связи при движениях), 3 трёхосевых датчика силы (в кончиках «пальцев», в сочетании с тензодатчиками образуют источники информации для, условно говоря, подсистемы, отвечающей за «нежность прикосновений»), 17 электродвигателей (естественно, бесколлекторных, для обеспечения надёжности, и частично - шаговых). Вся бортовая электроника соединена последовательной шиной CAN (пришедшей в мир большой автоматики из автомобильной промышленности, гениальная разработка Bosch). Скупым языком параметров всё это аппаратно-программное обеспечивает скорость изменения положения во всех «суставах» порядка 120 градусов в секунду и скорость полного сжатия-разжимания «кисти» порядка 0,3 секунды.

Тайны из сложности проектного процесса в университете Джона Хопкинса не сделали, и даже опубликовали документ, объясняющий цепочку решений, через которую пришлось пройти на пути к овеществлению уже работающей конструкции. Потому что требования DARPA – минимальные 8 часов непрерывного использования протеза с максимальным комфортом. Пересказывать всё нет смысла, это чудовищно сложная работа даже в выборе ключевой подсистемы обеспечения энергией, рассматривались все возможные варианты, включая пневмосистему со сменным резервуаром со сжатым воздухом (потому что биопротез должен работать максимально долго и быть сравнительно лёгким, а для этого нужен источник питания с очень высокой энергоёмкостью). В итоге система питания была выбрана всё-таки электрической, но напряжение питания – нетиповым для всякого мобильного, а больше автомобильным, 24 вольта (автомобильный сектор, к слову, уже переходит на повышенные напряжения бортсети, 24 и даже 48 вольт).

Сугубо «робототехническая» часть, безусловно, очень сложна (куда сложнее, чем это принято в промышленной робототехнике) и интересна, но она в проекте далеко не главное. Самое сложное – интерфейс с нейросистемой человека и алгоритмика преобразования нейроимпульсов в сигналы управления двумя системами с 26-ю степенями свободы. Вдумайтесь о сложности преобразования сигналов в нервных волокнах (ещё и инициированных подсознательными, рефлекторными «механизмами») в представления совершенно иного, абсолютно чуждого биологическому, мира.

Об этом разработчики «скромно умалчивают», это довольно закрытая часть проекта (очевидно из-за практически невычислимой рыночной стоимости; несмотря на гуманитарный контекст, ценность открытий и изобретений никто не отменял), описанная только в общих чертах. Главное же – это действительно удалось. И, по моему скромному мнению, это одно из самых больших событий в развитии технологий за долгие годы. Если не самое большое вообще. Мы впервые видим полноценную биокибернетическую систему, в которой глобальный контур обратной связи фактически замкнут через весь «нейротракт» homo sapiens – ведь оценка положения киберруки в пространстве реально замыкается зрительным каналом восприятия человека.

Только одна крохотная подзадача проекта – неинвазивный (без оперативного вмешательства) интерфейс с нервной системой. Ей посвящён отдельный документ описания. Это область пресловутых нанотехнологий, и здесь понадобилось создать специальную гибридную микросхему, объединяющую сетку наноиголок-электродов с интегрированной электроникой (потому как от такого датчика требуется одновременно и высочайшая чувствительность, и устойчивость к помехам, и компактность, и технологичность, и ещё соответствие куче критериев):

Немного Настоящей фантастики

Можно ещё много писать об этом (в том числе и об отдельном подпроекте, цель которого – максимально возможное устранение «эстетического барьера» и придание кибермашинным протезам привычного человеку вида, с полной имитацией кожи, это очень сложно, потому что надо сохранить функциональность всех датчиков – тактильных, температуры etc), но я попытался собрать самое интересное и не делать никаких домыслов там, где в документах, опубликованных проектом, есть явная нехватка информации.

Желающие могут прочитать доступные документы, очень советую всем посмотреть это видео (хоть оно и довольно «жесткое»).

Без всякого сомнения – эти люди войдут в Историю, а первый в мире настоящий нейронавт Лес Баух станет частью эпоса, как и первый космонавт, ступивший на поверхность другой планеты.

Потрясающий проект. Очень быстрый и успешный. К слову, демонстрирующий одно ключевое достоинство подхода DARPA и объясняющий достигнутые успехи – в DARPA умеют ставить задачи. Одновременно и не завышая требования (чтобы не загнать проект за рамки возможностей технологий), и не занижая их. Следовательно, аналитики DARPA и специалисты, разрабатывающие требования к проектам, очень не зря едят свой хлеб. Очень не зря. Ну и классическая система разработки, оказывается, великолепно работоспособна, что бы там ни говорили адепты agile-проектов, тьма которых, совершенно примитивных и абсолютно лишённых малейших признаков новизны по сравнению с «Prosthetics 2009», за прошедшие пять лет отправилась, мягко говоря, в Лету (а не мягко – в мусорную корзину).

Откланиваюсь.

+1212
голосов

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Deus Ex - начало

По-факту также создана и система, позволяющая управлять (гигантскими боевьіми) человекоподобньіми роботами на расстоянии.

> Потрясающий проект. Очень быстрый и успешный. К слову, демонстрирующий одно ключевое достоинство подхода DARPA и объясняющий достигнутые успехи – в DARPA умеют ставить задачи...

Похоже, компьютерное моделирование здесь играет не последнюю роль. Моделируют всё, включая процесс сборки; и не только DARPA.

Интересно, почему был выбран человек, 40 лет (!) проживший без двух (!) рук?
Для пущего эффекта? Или у человека, потерявшего одну руку недавно, будет сложнее проходить?

для такого выбираются добровольцы, человеку пришлось пройти через все этапы программы, а в ней какое-то время использовались инвазивные датчики, например. это очень неприятно, больно и тяжело.

а выбор давней травмы объясняется, скорее всего, простейшими соображениями - важно проверить работоспособность технологий именно на застарелых травмах, научиться "выбирать" нейроимпульсы из давно не работающих нормально цепей.

Статья (ссьілка ниже) на первьій взгляд по теме, но таки несколько другой симбиоз:
http://worrydream.com/refs/Licklider%20-%20Man-Computer%20Symbiosis.pdf

Про автора:
http://memex.org/licklider.html

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT