Представьте, что вы Тони Старк, управляющий своим бронированным высокотехнологичным экзоскелетом, чтобы парить в небе, используя датчики слежения за глазами на шлеме. И тут, откуда ни возьмись, Мандарин поражает вас силовым лучом прямо перед тем, как Финг Фанг Фум пытается пробить вашу железную голову сквозь железную прямую кишку. И теперь, когда ваши глаза вращаются внутри головы, как дестабилизированные гироскопы, вы продолжите лететь прямо или врежетесь в бетон, как неуправляемая ракета?
Да, конечно, исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего Сянцзюнь Чен, Чжиюань Лоу, Сяосян Гао и Лу Инь, вероятно, не имели в виду именно такой сценарий, проводя исследование для своей статьи в журнале Nature Sensors под названием «Устойчивый к шуму человеко-машинный интерфейс на основе носимых датчиков с использованием глубокого обучения». Но ученые определенно хотели разработать пульты дистанционного управления на основе жестов, которые могли бы надежно работать, несмотря на неизбежные толчки в реальном мире, возникающие при движении человека, или если у него самого есть двигательные нарушения.
С помощью «очистки данных» с использованием ИИ, соавтор исследования Чен, научный сотрудник кафедры химической и наноинженерии им. Айисо Юфэна Ли в Инженерной школе им. Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего, работал над удалением «шумных данных с датчиков в реальном времени», чтобы устройство его команды могло «надежно управлять машинами с помощью повседневных жестов даже в условиях высокой динамичности».
В сотрудничестве с лабораториями профессоров Шэн Сю и Джозефа Вана в Калифорнийском университете в Сан-Диего (UCSD) и при поддержке Агентства перспективных оборонных исследований США (DARPA) команда Чена первоначально стремилась улучшить возможности военных водолазов по управлению подводными роботами. Но в конечном итоге они поняли, что даже сухопутным жителям необходима дистанционная версия стабилизации изображения, особенно для быстро развивающейся области носимых технологий, которая до сих пор испытывала недостаток в системах управления, устойчивых к ударам.
Устройство также можно приклеить к нарукавной повязке. Дэвид Байо/Инженерная школа имени Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.
«Эта работа представляет собой новый метод обеспечения устойчивости к шуму в носимых датчиках, — сказал Чен. — Она открывает путь для носимых систем следующего поколения, которые будут не только эластичными и беспроводными, но и способными обучаться в сложных условиях и при взаимодействии с отдельными пользователями».
Благодаря сочетанию датчиков движения и мышц, Bluetooth-реле и эластичной батареи, электронный нарукавник использует искусственный интеллект для устранения помех, вызванных тряской и дрожанием, так что дрожание контроллера больше не означает дрожание управления.
Используя свою базу данных динамических условий реального мира и типичных для движения на суше или в море жестов человека, устройство анализирует сигналы от манипуляторов с помощью собственной платформы глубокого обучения, чтобы исключить ложные срабатывания и обеспечить мгновенное управление механизмами, включая роботизированные манипуляторы. Испытуемые делали это во время бега или воздействия тряски, толчков и высокочастотных вибраций, при этом условия океана имитировались с помощью симулятора океано-атмосферных исследований Скриппса в Институте океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего. Во всех случаях система демонстрировала точную работу с низкой задержкой.
Соавтор исследования Сяньцзюнь Чен, научный сотрудник в области химической и наноинженерной инженерии, Дэвид Байо/Инженерная школа имени Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Если Чен и его коллеги правы, их новое устройство — это первый носимый пульт дистанционного управления на основе жестов, устраняющий проблему шума данных, создаваемого турбулентностью. Это означает, что такие системы теперь применимы не только в идеально жестких лабораторных условиях, но и в реальном мире людей, которые иногда не могут или не хотят останавливаться.
Это означает, что в будущем устройство, разработанное в Калифорнийском университете в Сан-Диего, может использоваться для оказания помощи заводским рабочим и работникам аварийно-спасательных служб посредством дистанционного управления роботами, транспортными средствами и инструментами без использования рук, даже на высоких скоростях или в опасных условиях.
Однако применение устройства выходит далеко за рамки условий, подходящих для боевиков и сценариев катастроф. Например, пациенты, проходящие реабилитацию, или люди с нарушениями опорно-двигательного аппарата могут тренировать модель устройства, используя свои собственные естественные жесты, без необходимости полного восстановления мелкой моторики.
«Это достижение, — говорит Чен, — приближает нас к созданию интуитивно понятных и надежных человеко-машинных интерфейсов, которые можно использовать в повседневной жизни».
