Robotyczna ręka

Utrata władzy w kończynie lub jej całkowite odjęcie może mieć ogromny wpływ na jakość życia. Pogodzenie się z upośledzeniem czy niepełnosprawnością może być równie traumatycznym doświadczeniem, co droga do wyzdrowienia, która jest często długa i trudna. Zmiana życia w celu przystosowania się do nowej rzeczywistości nie następuje ani łatwo ani szybko.

Wszystkie, oczywiste dotąd czynności, nagle stają się znacznie trudniejsze. Nawet w przypadku utraty słabszej ręki, ta silniejsza nadal musi wykonywać zadanie w pojedynkę. Zdolność wykonywania codziennych czynności to nie jedyna rzecz, która ulega ograniczeniu. Ucierpieć może niezależność. Wyobraźmy sobie prowadzenie samochodu jedną ręką. Nie ma możliwości jednoczesnego trzymania kierownicy i manipulowania dźwignią zmiany biegów. Nieoczekiwanie życie towarzyskie też znacznie się komplikuje.

Wszelkie zmiany następujące po utracie kończyny mogą mieć skutki tak emocjonalne, jak i fizyczne. Dotychczas tego typu skutki czyniły życie osoby poszkodowanej znacznie trudniejszym i żmudnym doświadczeniem. Obecnie jednak tego typu strata nie musi odbijać się na jakości życia. Wiele postępów technologicznych może posłużyć teraz wsparciem w odzyskiwaniu pewności siebie i niezależności. Robotyka pomaga ludziom odzyskać życie.

Roboty mają ułatwiać naszą codzienność, pomagać nam w gotowaniu obiadu, opiekować się naszymi dziećmi czy witać gości. Jednak by podać nam pomocną dłoń, roboty same potrzebować będą całkiem imponujących rąk, które będą w stanie podnieść jajko, grać w piłkę czy nalać kawę. Inżynierowie podjęli to wyzwanie i na przestrzeni ostatnich kilku lat opracowali robotyczne ręce o bezprecedensowej zręczności, sile i czułości.

Pośród tych, który prowadzili intensywne prace w tej dziedzinie znaleźli się europejscy naukowcy z Centrum Badawczego "E. Piaggio" Uniwersytetu w Pizie i Istituto Italiano di Tecnologia w Genui we Włoszech. Stworzyli robotyczną rękę, która ma zrewolucjonizować świat inteligentnej protetyki.

Nowa ręka - o prostej i solidnej budowie, która kosztuje zaledwie ułamek tego co typowa ręka robotyczna - jest w stanie odtworzyć niemal wszystkie naturalne ruchy. Większość robotycznych czynności chwytania opiera się na łapaniu nieruchomego lub przymocowanego przedmiotu. Nowa ręka ma dużo większe możliwości.

Opracowana w toku projektu ręka jest stabilna i posłuszna, potrafi chwytać niemal wszystkie rodzaje przedmiotów i jest napędzana tylko jednym silniczkiem, który kosztuje kilkaset dolarów. Dzięki jej prostocie i wyjątkowej wielofunkcyjności może z łatwością być wykorzystywana jako ręka robotyczna lub proteza. Jej palce są w stanie wytrzymać fizyczne "nadużycia", takie jak mocne uderzenia czy dezartykulacja.

Ta niewiarygodna zbieżność sprawności, trwałości i dostępności - jak wyjaśnia Antonio Bicchi, koordynator Robotycznej Grupy Badawczej przy Centrum Badawczym "E. Piaggio" i starszy naukowiec w Istituto Italiano di Tecnologia - jest możliwa dzięki rewolucyjnemu projektowi ręki.

"Paliczki składają się z dwóch par cylindrów pozostających ze sobą w styku tocznym i naśladujących stawy w ciele człowieka" - zauważa. "Palce są połączone elastycznymi złączami, bez mechanicznych elementów łączących, takich jak śruby czy sworznie, przez co ręka ma bardziej elastyczną i prostszą budowę".

"Niemniej sprawa nie polega jedynie na kopiowaniu budowy ludzkiej ręki" - dodaje. "Musimy raczej zrozumieć mechanizmy ruchu i percepcji leżące u podstaw sprawności ręki, a następnie opracować sztuczną strukturę zdolną do funkcjonowania w ten sam sposób".

W ramach projektu uznano, że pełne poznanie zasad funkcjonowania wymaga najpierw analizy i poznania szczegółów sensomotorycznego układu ludzkiej ręki. Zespół oparł projekt Pisa-IIT Softhand na teorii, wedle której synergie sensomotoryczne mają swoje korzenie w neuronauce.

Teoria synergii poświęcona jest analizie wszystkich złożonych ruchów, jakie jesteśmy w stanie wykonać, będących wynikiem połączenia kilku konfiguracji podstawowych ruchów, takich jak zginanie palców w celu uchwycenia przedmiotu. Take jednostki ruchowe, czy też synergie, powstające dzięki precyzyjnej konfiguracji mięśni, są determinowane naszymi cechami anatomicznymi. Obejmują ruchy wrodzone i ruchy wyuczone we wczesnym dzieciństwie. Tak więc, aby odtworzyć ruch chwytania obiektu przez mechaniczną rękę, niekoniecznie trzeba wyposażać każdy palec w silniczek, jak to ma miejsce w tradycyjnych rękach robotycznych. Należy raczej ustalić konfigurację synergii odpowiedzialnej za ruch, dlatego też należy odtworzyć jej schemat w taki sposób, aby pojedynczy silniczek był w stanie sterować całym ruchem.

Tak powstała pierwsza sztuczna ręka z jednym silniczkiem zdolna do wykonywania niemal wszystkich zróżnicowanych sposobów trzymania codziennych przedmiotów, a dzięki prostocie swojej budowy, solidności i niskim kosztom, niezawodnie zrewolucjonizuje nie tylko świat rąk protetycznych i robotycznych, ale także inne technologie.

Poznanie sensorycznych i motorycznych synergii ludzkiego ciała, między innymi zasad czucia i kontroli niskiego poziomu, na potrzeby projektowania mechanicznych rąk ma odegrać ogromną rolę w rozwijaniu sztucznej inteligencji w ogóle.

Inicjatywa badawcza, która została dofinansowana ze środków unijnych na kwotę 2,5 mln EUR za pośrednictwem "grantu ERBN dla zaawansowanych naukowców", przyznanego profesorowi Bicchi, opiera się na współpracy grup neuronaukowców, matematyków i inżynierów. Ręka będzie wykorzystywana jako platforma badawcza do mapowania synergii i badania aspektów robotycznego chwytu w przyszłych projektach.

Ręka już zyskała uznanie i została okrzyknięta najbardziej innowacyjnym projektem, jaki został zaprezentowany na początku grudnia 2012 r. na Międzynarodowej Konferencji nt. Humanoidów w Osace, Japonia. To pokłosie nagród przyznanych na Międzynarodowej Konferencji nt. Inteligentnych Robotów i Systemów (IROS2012) w Portugalii

Projekt jest kolejnym przykładem sposobu, w jaki UE umacnia podwaliny robotyki przemysłowej, ale co ważniejsze, umożliwia ludziom z upośledzoną funkcją ręki - bez względu czy powodem jest wiek, uraz czy choroba - pokonanie kolejnego stopnia w kierunku niezależnego życia, wykraczającego poza niepełnosprawność.