Кибалтон – олимпиада киборгов

Осенью прошлого года стартовал первый кибатлон – соревнования параатлетов, использующих высокотехнологичные вспомогательные устройства, включая робототехнику. Эти соревнования делятся на дисциплины в зависимости от используемых технических улучшений: искусственных ног, рук, экзоскелетов, кресел, электростимулируемой мускулатуры, нейроинтерфейсов. Вспомогательные устройства могут быть как серийными, так и экспериментальными. В каждой дисциплине будут награждать двумя медалями: самого спортсмена и производителя использованного вспомогательного устройства. Следующий кибалтон пройдёт в 2020 году http://www.cybathlon.ethz.ch/

Всего в кибатлоне имеется 6 дисциплин:

1) Соревнование спортсменов с активными протезами обеих рук. Цель: как можно скорее выполнить задание.

2) Гонка с использование нейроинтерфейса. Цель: победа в компьютерном гоночном симуляторе.

3) Велосипедная гонка с использование электростимуляции мускулатуры. В гонке участвуют парализованные спортсмены, не способные управлять своими конечностями. Эта функция ложится на систему электростимуляции мускулатуры.

4) Забег спортсменов с активными протезами обеих ног.

5) Забег спортсменов в экзоскелетах. Допускаются спортсмены, парализованые от поясницы или груди и ниже.

6) Гонка на креслах-каталках.

Наиболее часто использующиеся устройства в кибатлоне – это интерфейс мозг-компьютер (ИМК). Обычно такой ИМК состоит из трех частей: датчик, считывающий электрическую активность головного мозга, компьютер, анализирующий эту активность и переводящий ее в команды, а также прибор, управляющий этими сигналами. Таким прибором может быть, что угодно: от простой лампочки до полноценной роботизированной руки. Иногда в ИМК бывает и четвертая техническая часть – прибор, обеспечивающий обратную связь с пользователем.

Не смотря на довольно простое описание ИМК, они все же являются довольно сложными изобретениями, которые работают не только с помощью математических функций, но и при непосредственном участие пользователя, который должен привыкнуть к ИМК и научиться им управлять. То есть с помощью ИМК пока что нельзя написать email, просто думая о тексте. Даже для простых ответов “да” или “нет” пользователь не должен думать о буквах этих слов, а должен, допустим, представить мышечное чувство поднесения правой руки к подбородку для ответа “да”. В итоге получается, что как и система ИМК учится распознавать сигналы, так и сам пациент учится генерировать своим мозгом определенную электрическую активность.

Тем не менее, такое управление далеко не всегда удобно, и на личном опыте даже можно отметить, что генерировать определенную электрическую активность своего мозга – это довольно утомительное, хотя и забавное, занятие. Потому программисты различными способами пытаются упростить всю эту процедуру управления. Так, например, был создан ИМК, распознающий частоту морганий и набирающий текст на экране монитора, или способ набора слов по выбору букв с делением алфавита пополам и с последующим делением двух половин еще на две части и так до тех пор, пока не найдется искомая буква. Такие технологии помогают людям, страдающим Lock-in синдромом общаться с другими людьми.

Также ИМК лег в основе немного другой, но не менее популярной технологии, а именно в основе бионических протезов. Первые из них так же управлялись электрической активностью головного мозга, но так как сам ИМК накладывает некоторые ограничения на скорость движений, ведь в конце концов активность нужно зарегистрировать, распознать, классифицировать и передать на исполняющий прибор, была придумана немного друга технология, несколько упрощающая использование бионических протезов. Последние и наиболее успешные в коммерческом плане протезы считывают миоэлектрическую активность с культи или электрическую активность нервов. Особо отметились в данной области компания Rebiotic со своим протезом руки, Хью Герр с протезом голени, где была даже реализованная наиболее удачная проприоцепция для подобных протезов нижних конечностей, а также американское военное агентство DARPA, приложившее руку к созданию интернета и GPS.

Помимо бионических протезов ИМК также легли основу технологии интерфейс мозг-мозг. Простейший пример такой технологии, это собственно говоря сам ИМК, который вместо роботизированной руки, лампочки или монитора управляет прибором транскраниальной магнитной стимуляции, воздействующим на мозг другого человека.

Подготовил: Коровин А.С.

Источники: 

1) Der Mensch denkt, der Computer lenkt. Gehirn und Geist 03/2016. S. 52
2) Brunner, C. et al.: BNCI Horizon 2020: Towards a Roadmap for the BCI Community. In: Brain-Computer Interface 2, 10.1080/2326263X.2015.1008956, 2015
3) Pais-Viera, M. et al.: Building an Organic Computing Device with Multiple Interconnected Brains. In: Scientific Reports 5, 11869, 2015
4) Rao, R.P.N. et al.: A Direct Brain-to-Brain Interface in Humans. In: PLoS One 9, e111332, 2014
5) Wodlinger, B. et al.: Ten-Dimensional Anthropomorphic Arm Control in a Human Brain-Machine Interface: Difficulties, Solutions, and Limitations. In: Journal of Neural Engineering 12, 016011,2015
6) https://geektimes.ru/post/217903/
7) http://www.cybathlon.ethz.ch/