Сложнейшее творение природы: почему ученые до сих пор не могут воссоздать человеческую руку

Человеческая рука — это выдающийся проект биологической и эволюционной инженерии: более 30 мышц, 27 суставов и тысячи сенсорных рецепторов, обеспечивающих сложные движения и адаптацию. Ее ловкость позволяет выполнять бесчисленные задачи — от захвата ручки до игры на фортепиано. Но воспроизведение этой сложности в робототехнике долгое время оставалось сложной задачей, хотя ученые всячески старались вернуть людям, потерявшим конечности, возможность полноценно жить, наша природная рука оставалась вне конкуренции, пишет BBC.

У Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и увлекательные новости из мира науки!

История Сары де Лагард показала обществу, как передовые технологии решают эту проблему. После того как она потеряла правую руку и часть правой ноги в результате железнодорожной катастрофы, Национальная служба здравоохранения Великобритании предоставила ей протез руки, который не обладал достаточной функциональностью. Однако бионическая рука с искусственным интеллектом изменила ее жизнь, предсказывая движения с помощью сигналов от ее мышц. "Каждый раз, когда я делаю движение, она учится", — говорит де Лагард, отмечая, как развивается искусственный интеллект, чтобы предугадывать ее потребности.

Важно Повторные операции не потребуются: ученые назвали самые прочные материалы для протезов бедра

Веками изобретатели пытались имитировать человеческую ловкость — от примитивных железных рук с пружинами до роботизированных устройств с сенсорной обратной связью, появившихся еще в 1960-х годах и ставших предметом исследования, опубликованного в журнале Institution of Mechanical Engineers. Но только последние достижения в области искусственного интеллекта приблизили машины к воспроизведению сложных способностей человеческих рук.

Протезы с искусственным интеллектом, подобные протезу Де Лагард, а также роботы, способные выполнять такие деликатные задачи, как сбор клубники или переработка ядерных отходов, демонстрируют значительный прогресс человечества в имитации сложной структуры наших рук. Так, робот DEX-EE компании Shadow Robot Company использует передовые сенсорные системы для работы с хрупкими предметами вроде яиц, показывая, как воплощенный ИИ может позволить машинам "чувствовать" и "реагировать" на окружающую обстановку.

Тем не менее, эти инновации не лишены ограничений, поскольку они не могут сравниться со скоростью, адаптивностью и сенсорной сложностью человеческой руки, изначально развивающейся со всем нашим организмом. Воплощенный ИИкоторый фокусируется на взаимодействии роботов с окружающей средой, тем не менее, является ключом к достижению большей ловкости рук, уверены ученые.

По словам Эрика Цзин Ду, профессора Университета Флориды, традиционный ИИ обрабатывает информацию, а воплощенный ИИ взаимодействует с физическим миром через восприятие и реакцию. Это позволяет роботам оттачивать свои движения методом проб и ошибок, подобно тому, как люди учатся двигательным навыкам. Однако им еще далеко до сенсорной интеграции человеческих рук, которые могут определять тонкие изменения температуры или адаптироваться к неоднородным текстурам.

Несмотря на эти препятствия, исследовательские проекты, такие как Boston Dynamics и Tesla, демонстрируют стремительное развитие робототехники в решении все более сложных задач. Потенциальные возможности применения ловкости рук таких машин обширны и охватывают сельское хозяйство, здравоохранение и даже атомную энергетику.

Так, компания Dogtooth Technologies разработала роботов для сбора фруктов, которые используют машинное обучение для оценки спелости и деликатного сбора ягод. Эти машины, оснащенные цветными камерами и захватами, работают вместе с людьми, чтобы решить проблему нехватки рабочей силы в сельском хозяйстве. Аналогичным образом профессор Рустам Столкин из Бирмингемского университета работает над созданием автономных роботов для безопасной переработки ядерных отходов в условиях, слишком опасных для человека.

Пулкит Агравал из Массачусетского технологического института предсказывает, что робототехника на базе искусственного интеллекта может изменить отрасли промышленности навсегда, решив проблему нехватки рабочей силы и выполняя задачи в опасных или сложных условиях. Однако даже самые совершенные роботы все еще отстают от человеческих рук в универсальности и приспособляемости.

Одна из перспективных областей применения роботов — протезирование. Миоэлектрическая рука де Лагард, управляемая искусственным интеллектом, расшифровывает сигналы ее мышц, чтобы предугадывать движения и обеспечивать точность. По словам Блэра Лока, генерального директора компании Coapt, система искусственного интеллекта, встроенная в ее руку, обрабатывает команды менее чем за 25 миллисекунд, что позволяет ей выполнять такие деликатные задачи, как поднятие яйца или сжимание банки. Хотя у руки есть ограничения, такие как рудиментарная тактильная обратная связь и необходимость ежедневной подзарядки, она представляет собой скачок вперед в восстановлении функциональности для людей с ограничениями.

Де Лагард сравнивает этот опыт с использованием контроллера в видеоигре — сначала сложного, но все более интуитивного по мере обучения и адаптации ИИ. Несмотря на эти успехи, робототехника и протезирование все еще сталкиваются с серьезными препятствиями на пути к достижению человекоподобной ловкости. Сложность сенсорных систем человека и адаптивность, необходимая для выполнения непредсказуемых задач, остаются серьезными проблемами и в своем роде недостижимой планкой для сегодняшних технологий.

Даже продвинутые роботизированные руки, такие как Optimus от Tesla и Atlas от Boston Dynamics, ограничены в своей способности воспроизводить сложные нюансы человеческих моторных навыков. Агравал отмечает, что, хотя человекоподобная ловкость может быть достигнута, до этого, скорее всего, науке потребуется еще пять лет или больше. Кроме того, по мере интеграции роботов в общество необходимо решать проблемы безопасности и этики, такие как перемещение рабочих мест и регулирование потенциального злоупотребления искусственным интеллектом.

Для таких людей, как де Лагард, прогресс в области роботизированного протезирования стал судьбоносным, позволив ей вновь обрести способность выполнять повседневные задачи и воссоединиться со своей семьей так, как она раньше считала невозможным. Она представляет себе будущее, в котором роботизированная аугментация сможет помочь не только людям с ограниченными возможностями, но и пожилым людям, позволяя им оставаться активными и независимыми.

Хотя подобная технология еще далека от совершенства, история де Лагард дает нам представление о преобразующем потенциале робототехники на основе ИИ. По мере развития искусственного интеллекта и робототехники границы возможностей машин будут расширяться. Однако цель состоит не в том, чтобы просто повторить человеческие способности, а в том, чтобы усовершенствовать их таким образом, чтобы это принесло пользу обществу.

Будь то здравоохранение, сельское хозяйство или опасные производства, интеграция робототехники способна решить некоторые из наиболее актуальных проблем современности. Однако, как подчеркивают такие исследователи, как Ду и Агравал, для достижения этой цели необходимо тщательно продумать вопросы безопасности, этики и ограничений существующих технологий.

Также Фокус писал о том, что ученые создали роботизированную руку, которая может определять предметы по их форме. Определяя форму предмета, который он захватывает, роботизированная рука может более бережно обращаться с хрупкими предметами.

Этот материал носит исключительно информационный характер и не содержит советов, которые могут повлиять на ваше здоровье. Если вы испытываете проблемы, обратитесь к специалисту.