האתגר: מעבר לרובוטיקה “קצרת רואי”
שבץ מוחי נותר גורם מוביל לנכות לטווח ארוך, עם למעלה מ-800,000 מקרים בשנה בארצות הברית בלבד. בעוד ששיקום בסיוע רובוטים מציע פתרון הניתן להרחבה למחסור בפיזיותרפיסטים, דרישה קריטית לנוירופלסטיות היא "מאמץ פעיל". אם הרובוט עושה את כל העבודה, המטופל נשאר פסיבי, ולא מתרחש שום תהליך של למידה מוטורית.
פרופסור דמיאנו זנוטו וצוותו במכון הטכנולוגי סטיבנס ביקשו לפתור בעיה זו על ידי פיתוח מערכת רובוטית "חכמה" המשתמשת בלמידה חיזוקית (RL). הם העלו את ההשערה שבקר יכול "ללמוד" את צרכי המטופל בזמן אמת — ולהציע תמיכה רק כאשר הדבר נחוץ (סיוע לפי הצורך) ולדרוש מאמץ כאשר הדבר אפשרי.
הקשיים: הפער בין התיאוריה לחומרה
המעבר מאלגוריתם בקרה תיאורטי למכונה פיזית מציב שני מכשולים מובהקים: טכני וכלכלי.
- חביון טכני: בקרים "קצרי ראייה" מסורתיים הם תגובתיים, ומתאימים את עצמם רק לאחר התרחשות שגיאה. צוות מכון סטיבנס היה זקוק למערכת המסוגלת "ללמוד את תוכנית הלימודים" — לעבד את תוצאות הרשת העצבית ולהתאים את מומנט המנוע באופן מיידי (ב-1 kHz) כדי לשמור על המטופל באזור הלמידה האופטימלי.
- האילוץ האקדמי: אימות תיאוריה חדשה דורש רכיבים בעלי ביצועים גבוהים ברמה תעשייתית. עם זאת, תקציבי האקדמיה לרוב מוגבלים. חוקרים נאלצים לעתים קרובות להתמודד עם דילמה קשה: להתפשר על ביצועי החומרה כדי לחסוך בעלויות, מה שעלול לפסול את תוצאות מחקריהם, או לעכב את הפרויקט בשל מחסור במימון.
הפתרון: שותפות למען חדשנות
כדי לגשר על הפער בין התיאוריה לפרקטיקה, הצוות השתמש ב- ADVANCED תוכנית ההסברה של אוניברסיטת Motion Controls.
פרופסור זנוטו והמכון הטכנולוגי סטיבנס עבדו בעבר עם תוכנית ההסברה האוניברסיטאית של AMC על פרויקט ג'ויסטיק הפטי לפני מספר שנים. לכן, כאשר הפרויקט הזה נזקק למנוע סרוו, פרופסור זנוטו ידע בדיוק למי לפנות.
בהכירה בתרומתו הפוטנציאלית של הפרויקט לקהילה הרפואית, AMC תרמה ממירים סרוו דיגיטליים DZEANTU-020B200 למעבדה. שותפות זו סיפקה לצוות חומרה ברמה תעשייתית ללא עלויות גבוהות, מה שאפשר להם להתמקד באתגר ההנדסי במקום במגבלות הרכש.
יתרון החומרה:
הכוננים DZEANTU שולבו ברובוט מקביל מונע בכבלים (CDPR) מותאם אישית.
- תקשורת במהירות גבוהה: הכוננים תקשרו עם המחשב היעד בזמן אמת באמצעות EtherCAT, תוך השגת קצב העדכון הקריטי של 1 kHz הנדרש על ידי אלגוריתמי RL.
- בקרת דיוק: הכוננים הדיגיטליים סיפקו את בקרת לולאת הזרם המדויקת הדרושה כדי לייצר כוחות חלקים ומוחשיים, מה שהפך את הרובוט להארכה טבעית של המטפל.
התוצאות: הצלחה מאומתת
עם הקלת הנטל הכספי ועמידה בדרישות הטכניות, הצוות אימת בהצלחה את בקר ה-RL-AAN (Reinforcement Learning Assist-as-Needed) שלו. המחקר הראה כי משתמשים שהוכשרו באמצעות המערכת המופעלת על ידי AMC הפגינו:
- תלות מופחתת ברובוטים: המשתמשים נאלצו להשקיע מאמץ פעיל רב יותר מאשר עם בקרים מסורתיים.
- שימור מעולה: המשתמשים שמרו על דיוק מסלול טוב יותר גם לאחר שהסיוע הרובוטי הוסר.
על ידי אספקת מנועי סרוו בעלי ביצועים גבוהים לידיהם של חוקרים אלה, ADVANCED בקרת תנועה הפכה לחלק בלתי נפרד מפרויקט שפורץ את גבולות השיקום לאחר שבץ.
אודות תוכנית ההסברה של האוניברסיטה
מאז 2004, ADVANCED Motion Controls משתפת פעולה עם סטודנטים, חוקרים ופרופסורים כדי לקדם את תהליך ההוראה בתחום בקרת התנועה. מטרתנו היא להקל על הנטל הכספי הכרוך בהקמת מערכות מעשיות תוך הוכחת התיאוריה.
בין אם אתם עובדים על תזה לתואר שני, פרויקט בכיתה או שדרוג מעבדה, אנו גאים להיות חלק מצוותכם. אנו מציעים:
- ציוד שנתרם או הוזל: ממפעילים סרוו חדשים ועד יחידות מושבתות מתפקדות באופן מושלם מתוך "רשימת המפעילים החינמיים" שלנו."
- תמיכה טכנית: גישה ישירה לצוות ההנדסה שלנו, שיסייע לכם לבחור את המוצר הטוב ביותר עבור היישום הספציפי שלכם.
- ניסיון בעולם האמיתי: העברת ציוד ברמה תעשייתית לידיהם של מהנדסים לעתיד.
יש לך פרויקט? ספר לנו על המשימה שלך.
התרומות מוגבלות בדרך כלל למוסדות בארה"ב או לפרויקטים בינלאומיים בהם מעורבים מוסדות בארה"ב.
