fbpx

Teenager se v pandemii nudil. Vynalezl protetickou ruku, která se ovládá myslí 1 fotografie
Benjamin Choi a jeho protetická ruka (zdroj: Society for Science)

Sedmnáctiletý Benjamin Choi navrhl cenově dostupné zařízení, které plně nahradí chybějící končetinu a nevyžaduje operaci mozku

Zveřejněno: 28. 7. 2022

Sedmnáctiletý Benjamin Choi byl v květnu jedním ze 40 finalistů soutěže Regeneron Science Talent Search 2022, nejstarší a nejprestižnější vědecké a matematické olympiády pro maturanty v USA. Před deseti lety, když byl ve třetí třídě, sledoval dokument o protéze, jež byla řízená myslí. Vědci tehdy do mozkové kůry pacientky implantovali malé senzory, pomocí kterých robotickou rukou pohybovala. „Byl jsem tehdy tou technologií ohromen,“ říká. „Ale překvapilo mě, že vyžaduje velmi riskantní operaci mozku. A že je v podstatě nedostupná, stojí statisíce dolarů.“ O několik let později, když v roce 2020 udeřila pandemie a tehdy už teenager Choi zjistil, že neví, co s volným časem, rozhodl se sestrojit protetickou ruku vlastní.

Ve své provizorní laboratoři na pingpongovém stole ve sklepě svého domu navrhl její první verzi. Pomohla mu sestřina trojrozměrná tiskárna za 75 dolarů a rybářský vlasec. Tiskárna ovšem nedokázala vytvořit kusy delší než 12 centimetrů, takže byl prototyp sestaven z malých kousků, jež byly spojené gumičkami. Choi zveřejnil na internetu návod, aby si každý, kdo ji potřebuje, mohl sestavit ruku vlastní.

Po více než pětasedmdesáti konstrukčních úpravách je Choiova neinvazivní robotická ruka ovládaná myslí nyní vyrobena z materiálů, které jsou schopny odolat hmotnosti až kolem čtyř tun. Pracuje pomocí algoritmu řízeného umělou inteligencí, který interpretuje mozkové vlny uživatele.

Výroba Choiovy protetické paže stojí zhruba 300 dolarů. Nejlevnější v současnosti dostupný model stojí  asi 7 000 dolarů, nejdražší 500 000 dolarů.

A její výroba stojí jen asi 300 dolarů. To představuje obrovskou úsporu ve srovnání s tím, co je v současnosti na trhu. Nejlevnější model stojí asi 7 000 dolarů, nejsofistikovanější alternativa má hodnotu 500 000 dolarů. I využití tohoto drahého technologického klenotu je však spojeno s operací, při níž se přesměrují nervy, které kdysi ovládaly ruku. Poté umožňuje pacientům ovládat končetinu myšlenkami, a dokonce jejím prostřednictvím cítit texturu.

Jak protéza funguje?

Choiova protéza naopak využívá neinvazivní elektroencefalografii (EEG), která zaznamenává elektrickou aktivitu mozku pomocí senzorů umístěných na hlavě. V medicíně se EEG využívá k diagnostice epilepsie nebo jiných mozkových poruch.

Jeho systém využívá dvě elektrody – základní senzor, který se připíná na ušní lalůček, a další, který shromažďuje údaje EEG, se připne na čelo. Elektroda na čele zachycuje informace o mozkových vlnách a ty jsou prostřednictvím bluetooth technologie odesílány do mikročipu v protéze. Model umělé inteligence, který Choi vytvořil a který je v čipu také zabudován, data z EEG dešifruje a převádí je na pohyb. Paže se rozpohybuje také pomocí gest hlavy a její pohyb se zastavuje mrkáním.

Slepá ulička

Šest měsíců poté, co začal na svém vynálezu pracovat, zveřejnil Choi na YouTube video, v němž demonstruje jeho možnosti. To zaujalo Josepha Dunna z Pensylvánie, který sám bez horní končetiny žije. Choi s ním na dálku začal svůj projekt konzultovat. „Spolupráce s panem Dunnem mi ve vývoji protézy velmi pomohla,“ říká Choi. V roce 2021 získal od  Massachusettského technologického institutu (MIT) prostředky na další vývoj, které využil na experiment s cloud comuputingem k zajištění compatibility protézy s online prostředím.

„Přemýšlel jsem, že nechám protézu komunikovat přes wi-fi,“ říká Choi. „Ukázalo se ale, že trvá příliš dlouho, než zařízení tímto způsobem na myšlenky uživatele zareaguje. Navíc by musel být neustále připojen k wi-fi, což není praktické,“ dodává. Přišel tedy s alternativním řešením. Zkomprimoval svůj model umělé inteligence a uložil ho do dvoujádrového mikročipu uvnitř protézy.

K vytvoření modelu využil metodu strojového učení, kdy nezávisle na sobě pracoval se šesti dospělými dobrovolníky, od kterých pomocí elektrody na čele sbíral data o mozkových vlnách. Umělou inteligenci tak vycvičil k tomu, aby rozlišovala mozkové signály k otevření a zavření ruky.

„Čím více model používáte, tím více zjišťuje, jak konkrétně přemýšlíte, jaké jsou vzorce vašich mozkových vln, a přesnost se časem výrazně zvyšuje,“ vysvětluje Choi. Jeho algoritmus pracuje s přesností 95 %. Pro srovnání: Předchozí zlatý standard pro podobnou umělou neuronovou síť byl 73,8 %.

Budoucnost technologie

Brock Wester, biomedicínský inženýr z Univerzity Johnse Hopkinse, který se zabývá neuroprotetikou, říká, že Choiova technologie je působivá zejména proto, že ji Choi celou navrhl sám, zatímco na ostatních modelech pracovaly týmy odborníků.

„To, že dokázal tuto končetinu sestrojit, vyvinout pro ni ovládací prvky a algoritmy pro dekódování nervových signálů v reálném čase, aby mohl tyto řídicí signály vysílat, považuji za pozoruhodné,“ říká a dodává, že Choi má před sebou ještě spoustu práce zejména na tom, jak protézu spojit s tělem uživatele. V tuto chvíli je totiž připojena pouze k pevnému sloupku na platformě.

Choi říká, že jeho algoritmus by mohl mít využití i mimo protetiku, a to včetně ovládání asistenčních zařízení, jako jsou invalidní vozíky, nebo v oblasti pomoci s komunikací u pacientů s amyotrofickou laterální sklerózou (ALS), při níž lidský mozek není schopen ovládat většinu svalů, a pacient zůstává paralyzován. „Interpretace mozkových vln je opravdu rychle se rozvíjející obor,“ konstatuje Choi. „A můj algoritmus je nejlepší ze všech současných algoritmů, a to s poměrně značným náskokem. Myslím, že v budoucnosti by mohl mít velké využití.“

Související…

Trpíte arachnofobií? I s ní vám může pomoci aplikace v mobilu
Kateřina Hájková

foto: Society for Science, zdroj: Smithsonian magazine

Tipy redakce

Horská dráha: Dříve zábava pro šlechtu, dnes i prostředek eutanazie

Horská dráha: Dříve zábava pro šlechtu, dnes i prostředek eutanazie

Matějská pouť na pražském Výstavišti už běží nějaký ten pátek a zdá se, že...

Severní magnetický pól se hýbe a jeho pohyb se zrychluje. Země je v ohrožení

Severní magnetický pól se hýbe a jeho pohyb se zrychluje. Země je v ohrožení

Jdu na sever. A už jdu na jih! Tenhle výrok učitele ze hry Dobytí severního pólu...