PITTSBURGH, 20 Jun 2019 /PRNewswire/ -- Sekumpulan penyelidik daripada Carnegie Mellon University, dengan kerjasama University of Minnesota, melakar kejayaan cemerlang dalam bidang kawalan peranti robot tidak invasif. Menggunakan antara muka otak-komputer (BCI) tidak invasif, penyelidik-penyelidik telah dapat membangunkan lengan robot kawalan minda pertama seumpamanya yang membuahkan hasil yang menunjukkan kebolehan untuk menjejaki dan mengikuti kursor komputer secara berterusan.
Keupayaan untuk mengawal secara tidak invasif peranti robot dengan hanya menggunakan pemikiran akan membawa kegunaan yang luas, khususnya dapat memberi manfaat kepada kehidupan pesakit lumpuh dan mereka yang mengalami gangguan pergerakan.
BCI telahpun menunjukkan kejayaan mencapai prestasi yang baik dalam mengawal peranti robot dengan hanya menggunakan isyarat yang dikesan daripada implan otak. Apabila peranti robot dapat dikawal dengan tahap kejituan yang tinggi, ia boleh digunakan untuk menyelesaikan pelbagai tugasan harian. Walau bagaimanapun, sehingga kini, kejayaan BCI dalam mengawal lengan robot telah menggunakan implan otak yang invasif. Implan ini memerlukan sejumlah besar kepakaran perubatan dan pembedahan untuk memasang dan membedah dengan betul, apatah lagi kos dan risiko berpotensi terhadap subjek. Oleh yang demikian, penggunaannya dihadkan hanya kepada beberapa kes klinikal sahaja.
Cabaran besar dalam kajian BCI adalah untuk membangunkan teknologi yang kurang invasif malah tidak invasif sepenuhnya yang akan membolehkan pesakit lumpuh mengawal persekitaran atau anggota badan robot mereka menggunakan "minda" mereka sahaja. Teknologi BCI tidak invasif sedemikian, sekiranya berjaya, akan membawakan teknologi yang amat diperlukan kepada pelbagai pesakit, malah berkemungkinan kepada orang awam.
Walau bagaimanapun, BCI yang menggunakan pengesanan luaran tidak invasif dan bukannya implan otak. menerima isyarat "lebih tercemar", yang membawa kepada resolusi rendah semasa dan kawalan yang kurang tepat. Maka, apabila hanya menggunakan otak untuk mengawal lengan robot, BCI tidak invasif tidak menonjol untuk menggunakan peranti yang diimplan. Meskipun tidak menonjol, penyelidik-penyelidik BCI telah mara ke hadapan, mereka memberi tumpuan pada ganjaran daripada teknologi yang kurang invasif atau tidak invasif yang dapat membantu pesakit-pesakit di mana-mana jua setiap hari.
Bin He, Profesor Pemegang Amanah dan Ketua Jabatan Kejuruteraan Bioperubatan di Carnegie Mellon University, berjaya mencapai matlamat tersebut, melakar pencapaian penting pada satu masa.
"Terdapatnya kemajuan besar dalam peranti robot kawalan minda yang menggunakan implan otak. Ia merupakan sains yang sangat baik," kata He. "Namun demikian, ciri tidak invasif menjadi matlamat utama. Kemajuan dalam penyahkodan neural dan utiliti praktikal terhadap kawalan lengan robot tidak invasif akan memberi implikasi besar terhadap pembangunan neurobotik tidak invasif selanjutnya."
Menggunakan teknik-teknik pengesanan dan pembelajaran mesin baharu, He dan makmal beliau telah berupaya mengakses isyarat jauh di dalam otak, mencapai resolusi tinggi kawalan terhadap lengan robot. Dengan pengimejan neuro tidak invasif dan paradigma usaha berterusan yang baharu, He dapat mengatasi isyarat hingar EEG yang membawa kepada peningkatan ketara penyahkodan neural berasaskan EEG dan memudahkan kawalan peranti robot 2D waktu nyata yang berterusan.
Menggunakan BCI tidak invasif untuk mengawal lengan robot yang menjejaki kursor pada skrin komputer, buat julung kalinya, He telah menunjukkan dalam subjek manusia bahawa lengan robot kini boleh mengikuti kursor tanpa henti. Biarpun lengan robot dikawal oleh manusia secara tidak invasif dahulunya mengikuti kursor yang bergerak dengan pergerakan yang tersekat-sekat dan diskret—seolah-olah lengan robot tersebut mencuba untuk "mengejar" arahan otak—kini, lengan tersebut mengikuti kursor dengan laluan yang lancar dan berterusan.
Dalam kertas kajian yang diterbitkan dalam Science Robotics, pasukan tersebut menyediakan satu rangka kerja baharu yang dapat menangani dan menambah baik komponen-komponen "otak" dan "komputer" BCI dengan meningkatkan penglibatan pengguna dan latihan, selain resolusi spatial data neural tidak invasif melalui pengimejan sumber EEG.
Kertas kajian berkenaan, "Pengimejan neuro tidak invasif meningkatkan pengesanan neural berterusan untuk kawalan peranti robot," menunjukkan bahawa pendekatan unik oleh pasukan tersebut untuk menyelesaikan masalah ini bukan sahaja meningkatkan pembelajaran BCI sebanyak hampir 60% untuk tugasan tengah-keluar tradisional, ia turut meningkatkan penjejakan berterusan kursor komputer sebanyak lebih 500%.
Teknologi berkenaan juga mempunyai kegunaan yang dapat membantu pelbagai kumpulan individu, dengan menawarkan "kawalan minda" yang selamat dan tidak invasif terhadap peranti, yang membolehkan orang ramai berinteraksi dan mengawal persekitaran mereka. Setakat ini, teknologi berkenaan telah diuji dalam 68 subjek manusia yang sihat (sehingga 10 sesi bagi setiap subjek), termasuk kawalan peranti maya dan mengawal lengan robot untuk usaha berterusan. Teknologi berkenaan boleh diaplikasikan terus kepada pesakit dan pasukan berkenaan merancang untuk menjalankan ujian percubaan klinikal dalam masa terdekat.
"Meskipun terdapatnya cabaran teknikal menggunakan isyarat tidak invasif, kami komited sepenuhnya untuk membawa teknologi yang selamat dan menjimatkan ini kepada orang ramai yang dapat mengambil manfaat daripadanya," kata He. "Hasil kerja ini memperlihatkan langkah penting dalam antara muka otak-komputer tidak invasif, teknologi yang suatu hari nanti mungkin menjadi teknologi bantuan pervasif yang dapat membantu semua orang, sebagaimana telefon pintar."
Hasil kerja ini disokong sebahagiannya oleh Pusat Kesihatan Komplementari dan Integratif Kebangsaan, Institut Gangguan Neurologi dan Strok Kebangsaan, Institut Pengimejan Bioperubatan dan Biokejuruteraan Kebangsaan dan Institut Kesihatan Mental Kebangsaan.
Latar Belakang Kolej Kejuruteraan: Kolej Kejuruteraan di Carnegie Mellon University ialah kolej kejuruteraan bertaraf tinggi yang terkenal dengan tumpuan antarabangsa kami terhadap kolaborasi antara bidang dalam penyelidikan. Kolej ini terkenal dalam mengurus masalah dengan kepentingan saintifik dan praktikal. Budaya "pembuat" kami tertanam dalam segala-gala yang kami lakukan, menjurus kepada pendekatan baharu dan juga keputusan yang bersifat transformatif. Fakulti kami yang diiktiraf memberi fokus terhadap pengurusan inovasi dan kejuruteraan bagi memberikan keputusan transformatif yang akan mendorong daya hidup intelektual dan ekonomi masyarakat, negara dan dunia.
Latar Belakang Carnegie Mellon University: Carnegie Mellon (www.cmu.edu) ialah sebuah universiti swasta bertaraf antarabangsa yang mempunyai program-program dalam bidang-bidang bermula dengan sains, teknologi dan perniagaan kepada dasar awam, kemanusiaan dan kesenian. Lebih 13,000 mahasiswa daripada tujuh sekolah dan kolej universiti ini mendapat manfaat daripada nisbah fakulti-kepada-mahasiswa yang kecil dan pendidikan yang dapat dicirikan melalui tumpuannya untuk mencipta dan melaksanakan penyelesaian terhadap masalah dunia sebenar, kolaborasi antara bidang dan juga inovasi.
Hubungi: Emily Durham; 412-268-2406; edurham1@andrew.cmu.edu
