研究人員將計(jì)算機(jī)視覺和不確定性納入機(jī)器人假肢的AI中

研究人員已經(jīng)開發(fā)出可以與現(xiàn)有硬件集成的新軟件，從而使使用機(jī)器人假肢或外骨骼的人們能夠以更安全，更自然的方式在不同類型的地形上行走。新框架將計(jì)算機(jī)視覺整合到假肢腿部控制中，并包括強(qiáng)大的人工智能(AI)算法，該算法可以使軟件更好地解決不確定性問題。

“下肢機(jī)器人假肢需要根據(jù)用戶所走的地形來執(zhí)行不同的行為，”有關(guān)這項(xiàng)工作的論文的合著者，北卡羅萊納州立大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程副教授埃德加·洛巴頓說。“我們創(chuàng)建的框架允許機(jī)器人假肢中的AI預(yù)測(cè)用戶將要踏入的地形的類型，量化與該預(yù)測(cè)相關(guān)的不確定性，然后將該不確定性納入其決策。”

研究人員專注于區(qū)分需要調(diào)整機(jī)器人假肢行為的六個(gè)不同地形：瓷磚，磚塊，混凝土，草，“樓上”和“樓下”。

“如果不確定性程度過高，則不會(huì)迫使AI做出可疑的決定-它可能會(huì)通知用戶它對(duì)自己的預(yù)測(cè)沒有足夠的信心采取行動(dòng)，或者可能默認(rèn)為'安全“模式”，該論文的主要作者，最近獲得博士學(xué)位的鐘伯冠說。畢業(yè)于數(shù)控州。

新的“環(huán)境上下文”框架結(jié)合了硬件和軟件元素。研究人員設(shè)計(jì)了該框架，使其可以與任何下肢機(jī)器人外骨骼或機(jī)器人假肢設(shè)備一起使用，但需要另外一個(gè)硬件部件：攝像頭。在他們的研究中，研究人員使用了戴在眼鏡上的照相機(jī)和安裝在下肢假體本身上的照相機(jī)。研究人員評(píng)估了AI如何分別和同時(shí)使用兩種相機(jī)的計(jì)算機(jī)視覺數(shù)據(jù)。

該論文的合著者Helen Huang說：“將計(jì)算機(jī)視覺集成到可穿戴機(jī)器人的控制軟件中是令人興奮的新研究領(lǐng)域。” “我們發(fā)現(xiàn)同時(shí)使用兩個(gè)攝像頭效果很好，但是需要大量的計(jì)算能力，并且可能會(huì)抑制成本。但是，我們還發(fā)現(xiàn)，僅使用安裝在下肢上的攝像頭效果很好，尤其是對(duì)于近期的預(yù)測(cè)，例如下一兩步的地形。” Huang是北卡羅萊納州立大學(xué)和北卡羅來納大學(xué)教堂山分校聯(lián)合生物醫(yī)學(xué)工程系的杰克遜家族生物醫(yī)學(xué)工程杰出教授。

但是，最重要的進(jìn)步是AI本身。

Lobaton說：“我們想出了一種更好的方法來教深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)如何評(píng)估和量化不確定性，從而使系統(tǒng)將不確定性納入決策。” “這當(dāng)然與機(jī)器人修復(fù)術(shù)有關(guān)，但是我們?cè)谶@里的工作可以應(yīng)用于任何類型的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)。”

為了訓(xùn)練AI系統(tǒng)，研究人員將相機(jī)連接到身體強(qiáng)壯的人，然后這些人走過各種室內(nèi)和室外環(huán)境。然后，研究人員通過讓下肢截肢的人在穿越相同環(huán)境時(shí)佩戴相機(jī)來進(jìn)行概念驗(yàn)證評(píng)估。

Lobaton說：“我們發(fā)現(xiàn)模型可以適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)移，因此系統(tǒng)可以處理來自不同人群的受試者。” “這意味著即使認(rèn)為AI由一組人訓(xùn)練并且被其他人使用，該AI也能很好地工作。”

但是，新框架尚未在機(jī)器人設(shè)備中進(jìn)行測(cè)試。

Huang說：“我們很高興將框架集成到用于工作的機(jī)器人假肢的控制系統(tǒng)中，這是下一步。”

Zhong表示：“而且，我們還計(jì)劃研究方法，使系統(tǒng)效率更高，所需的視覺數(shù)據(jù)輸入更少，數(shù)據(jù)處理更少。”

論文“帶有不確定性量化的下肢假體的環(huán)境語境預(yù)測(cè)”發(fā)表在IEEE自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)報(bào)上。