Найскладніше творіння природи: чому вчені досі не можуть відтворити людську руку

Людська рука — це видатний проєкт біологічної та еволюційної інженерії: понад 30 м'язів, 27 суглобів і тисячі сенсорних рецепторів, що забезпечують складні рухи й адаптацію. Її спритність дає змогу виконувати незліченні завдання — від захоплення ручки до гри на фортепіано. Але відтворення цієї складності в робототехніці довгий час залишалося складним завданням, хоча вчені всіляко намагалися повернути людям, які втратили кінцівки, можливість повноцінно жити, наша природна рука залишалася поза конкуренцією, пише BBC.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найцікавіші новини зі світу науки!

Історія Сари де Лагард показала суспільству, як передові технології вирішують цю проблему. Після того як вона втратила праву руку і частину правої ноги внаслідок залізничної катастрофи, Національна служба охорони здоров'я Великої Британії надала їй протез руки, який не мав достатньої функціональності. Однак біонічна рука зі штучним інтелектом змінила її життя, передбачаючи рухи за допомогою сигналів від її м'язів. "Кожного разу, коли я роблю рух, вона вчиться", — каже де Лагард, відзначаючи, як розвивається штучний інтелект, щоб передбачати її потреби.

Століттями винахідники намагалися імітувати людську спритність — від примітивних залізних рук із пружинами до роботизованих пристроїв із сенсорним зворотним зв'язком, що з'явилися ще в 1960-х роках і стали предметом дослідження, опублікованого в журналі Institution of Mechanical Engineers. Але тільки останні досягнення в галузі штучного інтелекту наблизили машини до відтворення складних здібностей людських рук.

Протези зі штучним інтелектом, подібні до протеза Де Лагард, а також роботи, здатні виконувати такі делікатні завдання, як збирання полуниці або переробка ядерних відходів, демонструють значний прогрес людства в імітації складної структури наших рук. Так, робот DEX-EE компанії Shadow Robot Company використовує передові сенсорні системи для роботи з тендітними предметами на кшталт яєць, показуючи, як втілений ШІ може дати змогу машинам "відчувати" і "реагувати" на навколишнє оточення.

Проте ці інновації не позбавлені обмежень, оскільки вони не можуть зрівнятися зі швидкістю, адаптивністю і сенсорною складністю людської руки, яка від початку розвивається з усім нашим організмом. Втілений ШІ, який фокусується на взаємодії роботів з навколишнім середовищем, тим не менш, є ключем до досягнення більшої спритності рук, впевнені вчені.

За словами Еріка Цзин Ду, професора Університету Флориди, традиційний ШІ обробляє інформацію, а втілений ШІ взаємодіє з фізичним світом через сприйняття і реакцію. Це дає змогу роботам відточувати свої рухи методом проб і помилок, подібно до того, як люди вчаться рухових навичок. Однак їм ще далеко до сенсорної інтеграції людських рук, які можуть визначати тонкі зміни температури або адаптуватися до неоднорідних текстур.

Незважаючи на ці перешкоди, дослідницькі проєкти, такі як Boston Dynamics і Tesla, демонструють стрімкий розвиток робототехніки для вирішення дедалі складніших завдань. Потенційні можливості застосування спритності рук таких машин великі й охоплюють сільське господарство, охорону здоров'я і навіть атомну енергетику.

Так, компанія Dogtooth Technologies розробила роботів для збору фруктів, які використовують машинне навчання для оцінювання стиглості та делікатного збору ягід. Ці машини, оснащені кольоровими камерами і захопленнями, працюють разом із людьми, щоб вирішити проблему нестачі робочої сили в сільському господарстві. Аналогічним чином професор Рустам Столкін з Бірмінгемського університету працює над створенням автономних роботів для безпечного перероблення ядерних відходів в умовах, занадто небезпечних для людини.

Пулкіт Агравал з Массачусетського технологічного інституту передбачає, що робототехніка на базі штучного інтелекту може змінити галузі промисловості назавжди, розв'язавши проблему нестачі робочої сили і виконуючи завдання в небезпечних або складних умовах. Однак навіть найдосконаліші роботи все ще відстають від людських рук в універсальності та пристосованості.

Одна з перспективних сфер застосування роботів — протезування. Міоелектрична рука де Лагард, керована штучним інтелектом, розшифровує сигнали її м'язів, щоб передбачати рухи і забезпечувати точність. За словами Блера Лока, генерального директора компанії Coapt, система штучного інтелекту, вбудована в її руку, обробляє команди менш ніж за 25 мілісекунд, що дає їй змогу виконувати такі делікатні завдання, як підняття яйця або стискання банки. Хоча у руки є обмеження, як-от рудиментарний тактильний зворотний зв'язок і необхідність щоденного підзаряджання, вона є стрибком уперед у відновленні функціональності для людей з обмеженнями.

Де Лагард порівнює цей досвід із використанням контролера у відеогрі — спочатку складного, але дедалі більш інтуїтивного в міру навчання й адаптації ШІ. Незважаючи на ці успіхи, робототехніка і протезування все ще стикаються з серйозними перешкодами на шляху до досягнення людиноподібної спритності. Складність сенсорних систем людини й адаптивність, необхідна для виконання непередбачуваних завдань, залишаються серйозними проблемами і у своєму роді недосяжною планкою для сьогоднішніх технологій.

Навіть просунуті роботизовані руки, такі як Optimus від Tesla і Atlas від Boston Dynamics, обмежені у своїй здатності відтворювати складні нюанси людських моторних навичок. Агравал зазначає, що, хоча людиноподібна спритність може бути досягнута, до цього, найімовірніше, науці знадобиться ще п'ять років або більше. Крім того, у міру інтеграції роботів у суспільство необхідно розв'язувати проблеми безпеки та етики, такі як переміщення робочих місць і регулювання потенційного зловживання штучним інтелектом.

Для таких людей, як де Лагард, прогрес у сфері роботизованого протезування став доленосним, давши їй змогу знову набути здатності виконувати повсякденні завдання і возз'єднатися зі своєю сім'єю так, як вона раніше вважала неможливим. Вона уявляє собі майбутнє, в якому роботизована аугментація зможе допомогти не тільки людям з обмеженими можливостями, а й літнім людям, даючи їм змогу залишатися активними і незалежними.

Хоча така технологія ще далека від досконалості, історія де Лагард дає нам уявлення про перетворювальний потенціал робототехніки на основі ШІ. У міру розвитку штучного інтелекту і робототехніки межі можливостей машин будуть розширюватися. Однак мета полягає не в тому, щоб просто повторити людські здібності, а в тому, щоб удосконалити їх таким чином, щоб це принесло користь суспільству.

Чи то охорона здоров'я, чи то сільське господарство, чи то небезпечні виробництва, інтеграція робототехніки здатна вирішити деякі з найактуальніших проблем сучасності. Однак, як підкреслюють такі дослідники, як Ду і Агравал, для досягнення цієї мети необхідно ретельно продумати питання безпеки, етики та обмежень наявних технологій.

Раніше Фокус писав про те, що біонічна рука українського виробництва увійшла до рейтингу найкращих винаходів Time. Робот-протез українського стартапу Esper Bionics потрапив на обкладинку американського журналу. У рейтингу продукт компанії з'явився в категорії "Доступність".

Також Фокус писав про те, що вчені створили роботизовану руку, яка може визначати предмети за їхньою формою. Визначаючи форму предмета, який він захоплює, роботизована рука може більш дбайливо поводитися з крихкими предметами.

Цей матеріал має виключно інформаційний характер і не містить порад, які можуть вплинути на ваше здоров'я. Якщо ви відчуваєте проблеми, зверніться до фахівця.