Numa Poujouly، ورزشکار معلولی است که در نخستین المپیک سایبورگ‌ها در زوریخ توانست با کمک یک رابط مغز و رایانه (BCI) آواتار خود را سریعتر از رقبا به خط پایان برساند و مدال طلا را به گردن آویزد. برای آشنایی بیشتر با رابط مغز و رایانه گروه Brain Tweakers و چگونگی پیروزی در این رقابت با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

Numa Poujouly

در اکتبر سال ۲۰۱۶، در زوریخ، مردی به نام Numa Poujouly، صندلی چرخدار خود را به جایگاه رساند و مسئولین برگزار کننده نخستین المپیک سایبورگ‌ها مدال طلا را به گردن وی آویختند. این مرد ۳۰ ساله که پس از یک حادثه دوچرخه سواری در نوجوانی دچار معلولیت شده، در بیشتر مسابقات پیروز شده بود از جمله یک مسابقه ویدئویی که کاربران آواتار خود را با ذهن خود کنترل می‌کردند.

Cybathlon به عنوان یک نسخه بیونیک از بازی‌های پارالمپیک ایجاد شد. افراد معلول در شش بخش مختلف با استفاده از ابزارهای کمکی پیشرفته به رقابت پرداختند. افراد معلول در این عرصه با اسکلت‌های بیرونی رباتیک راه می‌رفتند و یا با اندام مصنوعی خود اشیا را جابجا می‌کردند.

طراحان Cybathlon که توسط Robert Riener از مؤسسه فناوری فدرال سوئیس (ETH) در زوریخ رهبری می‌شدند، چندین هدف داشتند. نخست، گرفتن یک صفحه از بنیاد XPrize، آنها قصد داشتند از این رقابت برای تسریع توسعه فناوری‌های کمکی بهره ببرند. همچنین برگزار کنندگان می‌خواستند کاربران نهایی که از این فناوری‌ها استفاده می‌کنند، در کنار مهندسان، پزشکان و کارآفرینان حضور داشته باشند. در نهایت آنها می‌خواستند آگاهی از فناوری‌های پیشرفته‌ای که ممکن است به زودی توانایی‌های قابل توجهی را برای افراد معلول ایجاد کند، افزایش دهند.

گروه Brain Tweakers در آزمایشگاه رابط مغز و ماشین در دیگر مؤسسه فناوری فدرال سوئیس (EPFL) در ژنو با گروه‌های دیگر برای رقابت در بخش رابط مغز و رایانه به میدان رفتند. Poujouly برنده مدال طلا، یکی از دو کاربر این گروه بود. هر دوی آنها آواتار خود را در مسیر مسابقه تنها با قدرت ذهن خود حرکت می‌دادند. مشابه هر سامانه BCI، سیگنال‌های ثبت شده از مغز کاربران به یک الگوریتم رمزگشایی داده می‌شد تا سیگنال‌ها را به دستورهایی تبدیل کند. در این مورد، دستورالعمل‌ها برای کنترل آواتار کاربران مورد استفاده قرار گرفت، اما سایر سامانه‌های BCI توسط افرادی که دارای اختلالات شدید حرکتی هستند برای کنترل انواع دستگاه ها از جمله صندلی چرخدار، اندام مصنوعی و مکان نمای رایانه استفاده می‌شود.

طبق قوانین Cybathlon تنها سامانه‌های BCI غیر تهاجمی که از الکترودهای روی پوست سر برای دریافت سیگنال‌های عصبی استفاده میکردند حق شرکت در رقابت‌ها را داشتند. سامانه‌های آزمایشی که از الکترودهای کاشتنی روی قشر مغز استفاده می‌کنند مجاز به شرکت در این مسابقات نبودند. سامانه‌های غیرتهاجمی سیگنال‌های عصبی نویزی را دریافت می‌کنند. اما آنها با نرم‌افزارهای پردازش سیگنال می‌توانند اطلاعاتی را که به اندازه کافی برای کار مناسب هستند، تولید کنند و خطرات پزشکی جراحی مغز را به همراه نداشته باشند.

کار تیمی کلید موفقیت گروه Brain Tweakers بود. آنها این فناوری را با بازخورد از Poujouly و دیگر کاربر خود، Eric Anselmo توسعه دادند. این دو کاربر به گروه کمک کردند تا دستورات ذهنی را تعیین کنند. دستوراتی که به آنها کنترل بصری و قابل اعتماد آواتارها را میداد. همچنین این سامانه یک رابطه همزیستی بین انسان و ماشین ایجاد کرد که در آن کاربران و نرم افزار BCI در طول فرآیند آموزش با یکدیگر وفق داده می‌شدند. هر دو کاربر گروه Brain Tweakers به مسابقه نهایی رسیدند و مدال طلای Poujouly نشان می‌دهد که آنها یک استراتژی پیروز داشتند.

سازمان دهندگان Cybathlon مسابقه BCI را طراحی کردند تا یک نمایش سرگرم کننده برای جذب تماشاگران باشد. با این حال، مسابقه نیز به دقت برنامه‌ریزی شده بود تا ویژگی‌های BCI که باید برای تسلط بر فناوری واقعی کنترل شده با مغز مورد استفاده قرار گیرد، به خوبی ارزیابی شود. خواه آنها رباتی را از راه دور کنترل کنند یا یک نرم افزار ارتباطی که به افراد اجازه می‌دهد با قدرت ذهنی یک مکان نمای رایانه را حرکت دهند.

آشنایی با رابط های مغز و رایانه

هر سامانه BCI نیاز به پردازش سیگنال پیشرفته و روش‌های یادگیری ماشین برای استخراج اطلاعات از سیگنال‌های مغز دارد. این نرم افزار باید با فرآیند کالیبراسیون و آموزش همراه باشد تا به کاربر در بهبود نسبت سیگنال به نویز کمک کند. یک سامانه BCI برای تبدیل شدن به چیزی بیش از یک نوآوری آزمایشگاهی باید به طور دقیق و سریع از اهداف کاربر رمزگشایی کند، از دستورات ناخواسته جلوگیری کند و برای مدت زمان طولانی یک سطح عملکرد را حفظ کند.

Anselmo 48 ساله از سن ۲۱ سالگی، زمانی که تصادف ماشین باعث آسیب نخاعی او شد، فلج شده است. همچون Poujouly، او نیز تتراپلژی است و هیچ احساس و یا کنترلی روی عضلات کمر به پایین ندارد و کنترل محدودی روی دست‌ها دارد. این دو مرد برای کنترل زندگی روزانه خود از صندلی چرخدار و سایر وسایل کمکی از جمله گوشی‌های هوشمند استفاده می‌کنند. اما آنها حتی با فناوری‌های پیشرفته نیز مشتاق دستگاه‌های جدید هستند که آنها را قادر به تایپ سریع‌تر و دستکاری اشیاء با مهارت بیشتری کند.

روش رقابت

در رقابت BrainRunners مسیر مسابقه که روی صفحه نمایش داده شد، شامل ۱۶ بخش رنگی بود که به صورت تصادفی مرتب شده بودند. زمانی که یک آواتار به یک بخش جدید می‌رسید، کاربر مجبور بود یکی از سه دستورالعمل ذهنی متمایز را ارسال کند: فرمان «اجرای سریعتر» در بخش‌های سبز-آبی؛ فرمان «پرش» در بخش‌های بنفش که با بلوک‌های برآمده پر شده بود؛ و فرمان «لغزیدن» در بخش‌های زرد، که حاوی نرده‌های الکتریکی بود. فرستادن فرمان اشتباه موجب کم شدن سرعت آواتار می‌شد. در نوع چهارم که خاکستری رنگ بود، کاربر نباید هیچ فرمانی ارسال می‌کرد. کاربران باید افکار خود را کنترل کنند و نرم افزار BCI باید از تفسیر هر سیگنال عصبی گمراه کننده به عنوان یک فرمان جلوگیری کند.

این رقابت بسیار هوشمندانه توانایی سامانه‌های BCI را برای ارائه مناسب تعدادی دستور مختلف و ارائه آنها با زمان دقیق آزمایش کرد. چالش با شرایط مسابقه افزایش یافت. کاربران باید تمرکز خود را در یک محیط پر سر و صدا حفظ و با فشار روانی مقابله می‌کردند. برگزار کنندگان بر این باور بودند که اگر کاربری بتواند این فناوری را در محیطی پر سر و صدا کنترل کند، احتمالاً آن سامانه را بتوان با زندگی روزمره وفق داد.

بیشتر بخوانید:

>>افق آینده: المپیک سایبورگها، رباتیک برای معلولان و پیشرفتهای صنعت پروتز

>>آماده شدن معلولان برای شرکت در نخستین المپیک سایبورگ های جهان

>>آشنایی با تیم‌های شرکت کننده در بخش اسکلت بیرونی رقابت Cybathlon

>> با دارنده مدال طلای نخستین المپیک سایبورگ ها آشنا شوید (بخش نخست)

منبع: spectrum.ieee.org

استفاده و بازنشر این نوشتار تنها با ذکر لینک منبع و نام «مجله‌ی فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی» مجاز است.