Yapay zekâ destekli robotik dış iskeletler: hareket desteği ve yaralanma riski

Yapay zekâdaki gelişmeler, robotik dış iskeletlerin kontrolünü iyileştirebilir. Bu giyilebilir cihazlar hareketi desteklemek için kullanılır; araştırma sonuçlarını günlük kullanımda kanıtlanmış yararlarla karıştırmamak gerekir. Georgia Tech ekibinin 2024 tarihli çalışması, farklı hareketlere uyum sağlayan bir kontrol yaklaşımını ele alıyor.

Dış iskeletler neden her yerde kullanılmıyor?

Robotik dış iskeletler uzun süredir geliştiriliyor ve bazıları rehabilitasyon veya endüstriyel destek amacıyla zaten kullanılıyor. Ancak markette ya da atölyede yaygın biçimde görülmemeleri, bütün modellerin yalnızca araştırma laboratuvarlarında bulunduğu anlamına gelmiyor.

Yaygın kullanımın önünde hem donanım hem yazılım engelleri var. Ağırlık, maliyet, güç kaynağı, konfor, güvenlik ve kullanıcının hareketine uygun kontrol birlikte çözülmeli. Bir eklemi motorla hareket ettirmek, farklı insanların değişen koşullardaki hareketlerine güvenli destek vermekle aynı şey değil.

Kaynak: Ekso Bionics

Birçok sistemin kullanıcıya, göreve veya ortama göre ayarlanması gerekiyor. Bu hazırlık ve kontrol gereksinimi bazı cihazların esnekliğini sınırlayabiliyor; sınırlamanın düzeyi modele göre değişiyor.

Daha esnek dış iskeletler

Geliştiriciler, sensör verilerini ve yazılımı kullanarak bu sınırlamaları azaltmaya çalışıyor. Bazı kontrol sistemleri önce etkinliği sınıflandırıp uygun yardımı seçiyor. Yapay zekâ farklı yaklaşımlar sunabiliyor; ancak taşınabilir hesaplama, enerji tüketimi ve maliyet gereksinimleri kullanılan modele bağlı.

Yeni bir yaklaşım

Aaron Young liderliğindeki Georgia Tech makine mühendisliği ekibi, ayrı bir etkinlik modu seçmek yerine kullanıcının hareketinden eklem momentini tahmin eden bir kontrol yöntemi geliştirdi. Amaç, farklı hareketler arasında geçerken desteğin doğal biçimde uyum sağlaması.

Çalışma, bir işletim sistemi yerine bir dış iskelet kontrol yöntemi sundu. Algoritma önceden toplanan verilerle eğitildi; çalışmada denenmiş koşullar içinde her yeni kullanıcı için ayrı kalibrasyon veya eğitim gerekmemesi hedeflendi. Yürüme, merdiven ve rampa gibi hareketlere uyum, sınırsız koşullarda güvenli kullanımın kanıtı değil.

İnsan hareketine odaklanmak

Yaklaşım, çevreyi ayrı ayrı sınıflandırmaktan çok kullanıcının hareketinin altında yatan biyomekaniğe odaklanıyor. İnsan fizyolojisini kullanarak hareket kontrolü yapmak yapay zekâdan önce de mümkündü; buradaki yenilik, öğrenilmiş modelin farklı hareketler için eklem momenti tahmininde kullanılması.

Yapay zekânın rolü

Derin öğrenme modeli, sensör verilerinden hareket sırasında gereken eklem momentini tahmin ediyor ve cihaz buna göre kısmi destek sağlıyor. Laboratuvardaki kuvvet ve hareket yakalama verileri modelin eğitilmesinde kullanıldı. Bu, cihazın gerçek kullanımda mutlaka bir laboratuvar hareket yakalama sistemine bağlı çalıştığı anlamına gelmiyor. Ayrı etkinlik modları arasında elle geçiş gereksiniminin azaltılması amaçlanıyor.

Model nasıl eğitildi?

Mühendisler önce bir hareket veri kümesi oluşturdu. Farklı beden özelliklerine sahip katılımcılardan çeşitli hareketler sırasında ölçümler toplandı. Algoritmanın önceden eğitilmesi ile yeni bir kullanıcının cihazı ayrıca eğitmek zorunda kalmaması birbirinden farklı kavramlar.

Katılımcılar yürüme, merdiven ve rampa hareketleri gibi görevler gerçekleştirdi. Kuvvet platformları ve hareket yakalama sistemi, eklem momentlerinin hesaplanmasında kullanılan ölçümleri sağladı. Bu çalışmanın bulgularını koşma veya sıçrama gibi sınanmamış tüm etkinliklere yaymamak gerekir.

Toplanan ölçümler derin öğrenme modelinin eğitiminde kullanıldı. Model, farklı etkinliklerdeki eklem momentlerini tahmin etmeyi öğrendi. Sonuç, hareketi bütünüyle devralan bir sistem değil, kullanıcıya uyumlu destek vermeyi amaçlayan bir kontrolcüydü.

Ekibin önceki çalışmaları

Young ve ekibi daha önce hareket kısıtlılığı olan kişilere yönelik robotik destek sistemleri üzerinde çalıştı. Çocukların rehabilitasyonuna ilişkin araştırmalar da bu alana dahil; bunları doğrudan piyasaya sunulmuş, her beyin yaralanmasında güvenli olduğu kanıtlanmış yapay zekâ protezleri olarak tanımlamak doğru değil.

Engelli bireyler için hareket desteği

Robotik dış iskeletler, uygun hasta ve kullanım koşullarında hareket desteği veya rehabilitasyon sağlayabilir. Sonuçlar cihaz, tanı ve tedavi programına göre değişir; her kullanıcının bağımsız yürümesini ya da doğal yürüyüşünü tamamen geri kazanmasını garanti etmez.

Endüstride yorgunluğu azaltma ve fiziksel yükü paylaşma da araştırılan kullanım alanları arasında. Askerî yük taşıma veya ağır parçaların taşınmasına yardım etme olasılıkları, bu görevlerde yaralanmaların tümüyle önlendiğinin kanıtı değildir.

Rehabilitasyonda farklı yaklaşımlar

Robotik rehabilitasyon ve kişiye uygun yardımcı cihazlar, farklı ihtiyaçlara yönelik çözümler sunuyor. Yapay zekâ bazı ürünlerde hareket kontrolü için, bazılarında ise tasarım veya eğitim için kullanılıyor. Aşağıdaki örnekler aynı teknoloji ya da aynı klinik amaç olarak değerlendirilmemeli.

1. Limbitless Solutions

Central Florida Üniversitesi bünyesinde faaliyet gösteren Limbitless Solutions, 2014 yılında kuruldu. Ekip, uzuv farklılığı olan çocuklara yönelik protezler ve kişiselleştirilmiş dış kaplamalar üzerinde çalışıyor. Tasarımın kişiye uyarlanması, protezin motor kontrolünden ayrı bir konu.

Çocuklar, Adobe (ADBE ) araçlarını kullanarak metinle tarif ettikleri görsel tasarımları oluşturabiliyor. Seçilen fikirler protezin dış kaplamasına uyarlanabiliyor ve üç boyutlu baskıyla üretilebiliyor. Buradaki üretken yapay zekâ protezin hareketini yönetmek için değil, görünümünü kişiselleştirmek için kullanılıyor.

Limbitless ekibi, Orlando Health Arnold Palmer Hospital for Children ile klinik araştırmalar da yürüttü. Kişiselleştirme, kullanıcıların tasarıma katılmasını sağlayabilir; bunu kontrollü ölçüm olmadan bütün çocuklarda kanıtlanmış moral veya tedavi iyileşmesi olarak sunmamak gerekir.

2. ReWalk Robotics 2024’te Lifeward adını kullanan şirket

LFWD Fiyat Grafiği

Lifeward’ın ReStore ürünü, felç geçiren hastalarda yürüme rehabilitasyonuna yardımcı olmak üzere tasarlanmış yumuşak bir robotik giysidir. ReWalk’ın omurilik yaralanmalarına yönelik kişisel dış iskeletiyle karıştırılmamalı. ReStore, 2019’da ABD FDA kullanım izni aldı; 2024’te ilk kez tanıtılmış yeni bir ürün değildi.

Kumaş tabanlı yapısı, sert çerçeveli cihazlardan farklı bir tasarım sunuyor. Eğitimli klinisyenler tarafından takılması ve rehabilitasyon ortamında kullanılması amaçlanıyor. Hafif veya katlanabilir olması, diğer bütün ürünlerden daha ucuz olduğunu kendiliğinden kanıtlamaz.

Terapistin kullandığı kontrol birimi, yardım düzeyini ve yürüyüş çalışmasını yönetir. ReStore’u evde bağımsız kullanım, spor veya merdiven çıkma cihazı gibi tanımlamak doğru değil; kullanım sınırları ürünün talimatlarına göre değerlendirilmelidir.

Şirket farklı amaçlarla kullanılan ürünler sunuyor. FDA izni veya CE işareti, belirli ürün ve endikasyon için geçerlidir; tüm ürünlerin aynı onaya sahip olduğu, hepsinin yapay zekâ kullandığı veya sigortanın her durumda ödeme yapacağı anlamına gelmez.

Robotik dış iskeletlerin kullanım alanları

Dış iskeletler sağlık, sanayi ve araştırma alanlarında farklı amaçlarla geliştiriliyor. Olası yararlar kadar ağırlık, güvenlik, kullanım kolaylığı ve gerçek görevlerdeki performans da önem taşıyor.

Askerî kullanım

Askerî kurumlar, yük taşıma ve hareket desteği gibi amaçlarla dış iskelet araştırmalarına uzun süredir ilgi gösteriyor. DARPA da ilgili teknolojilerin geliştirilmesini destekledi. Araştırma ilgisi, tüm sistemlerin sahada yaygın biçimde kullanıldığı anlamına gelmiyor.

Bu sistemler gelecekte daha fazla malzeme taşımaya, uzun mesafelerde hareket desteğine veya yaralıların tahliyesine katkıda bulunabilir. Başarı; enerji kaynağı, arazi, güvenilirlik ve kullanıcının güvenliği gibi koşullara bağlı.

Endüstriyel kullanım

Endüstriyel robotlar, tekrarlanan üretim görevlerinde hassasiyet ve verimlilik sağlayabiliyor. Yeni algılama ve kontrol yöntemleri daha esnek görevleri mümkün kılabilir; ancak bir robotun kullanıldığı her işi kendi başına anlayıp güvenli biçimde yapabildiği varsayılamaz.

Amazon (AMZN ) gibi şirketler lojistikte robotlardan yararlanıyor. ChatGPT gibi büyük dil modelleriyle etkileşim, robotik hareket kontrolü ve güvenliğiyle aynı problem değil. İnsanların dış iskeletlerle robotların yanında çalışması mümkün olsa da her sistem için güvenli etkileşim ayrıca doğrulanmalı.

Uzay araştırmaları

Robotik dış iskeletler, uzayda egzersiz veya hareket desteği için araştırılıyor. Robotik sistemler Uluslararası Uzay İstasyonu ve diğer görevlerde zaten önemli roller üstlendi; ancak bu durum her dış iskelet prototipinin uzay uçuşunda kullanıldığı anlamına gelmiyor.

NASA, X1 dış iskeletini 2012’de tanıttı. Sistem, uzayda egzersiz için harekete direnç uygulama ve Dünya’da hareket desteği sağlama gibi amaçlarla araştırıldı. Yalnızca kalça ameliyatı sonrası rehabilitasyon için geliştirilmiş bir cihaz değildi. Sonraki dış iskeletlerin yapay zekâ veya batarya özellikleri ürüne göre değişir.

Daha kullanışlı dış iskeletlere doğru

Kar küremek veya ağır yük taşımak gibi işlerde hareket desteği yararlı olabilir. Yapay zekâ kontrol esnekliğini artırabilir; ancak kas-iskelet yaralanmalarını önlediği ya da engelliliği giderdiği sonucu, her ürün için uygun klinik veya iş güvenliği kanıtı gerektirir. Bu araştırmalar umut verici olmakla birlikte günlük kullanımda güvenlik ve gerçek yararların değerlendirilmesi sürüyor.

İlginç blokzincir projeleri hakkında daha fazla bilgiye buradanulaşabilirsiniz.