Một dự án nghiên cứu của Đại học Waterloo mang tên ExoNet đang phát triển một bộ khung xương ngoài đặc biệt, có khả năng suy nghĩ và đưa ra quyết định trên môi trường hoạt động. Công nghệ này có thể giúp những người tàn phế đi lại được.
Khi di chuyển trên các phương tiện, người tàn phế (liệt) phải
liên tục điều chỉnh nhưng thông số dựa trên thông tin thu nhận được từ môi trường.
Khi người đi bộ, trên các đoạn đường khác nhau sẽ có cách di chuyển khác nhau, chuẩn
bị tinh thần khi sử dụng cầu thang. Nhưng robot thực sự không thể làm được điều
đó, nhất là bộ khung xương ngoài.
Đôi chân robot được lập trình có thể giúp người khuyết tật tự
đi lại, nhưng làm sao có thể chuẩn bị dừng lại, leo cầu thang, rẽ ngoặt? Các
nhà khoa học tin rằng trong tương lai, những bộ khung xương ngoài sẽ thông minh
khi được ứng dụng máy ảnh và trí tuệ nhân tạo.
Hiện tại những bộ xương ngoài phải được điều khiển thủ công
bằng các ứng dụng như điện thoại thông minh hoặc bảng cần điều khiển. Đây là vấn
đề khó khăn do người khuyết tật không thể đi lại bằng trực giác như một người
khỏe mạnh, tay người khuyết tật luôn bận rộn với những điều khiển, đồng thời nếu
người tàn phế có vấn đề với tay hoặc nhận thức thì điều này trở thành khó
khăn.
Tải trọng nhận thức cơ động di chuyển cực kỳ mệt mỏi và gia
tăng nguy hiểm theo thời gian. Người tàn phế hoặc phải cầm điện thoại liên tục
bấm mỗi khi muốn leo lên bậc cầu thang hoặc đi bộ qua một dải cát? Các nhà khoa
học có ý tưởng sử dụng một phần công nghệ ô tô tự lái và tối ưu hóa phần mềm
máy tính AI để xử lý nguồn cấp dữ liệu video nhằm nhận diện chính xác cầu
thang, cửa ra vào và những đặc điểm khác của môi trường xung quanh.
Khung xương ngoài trí tuệ nhân tạo AI sẽ giúp người tàn phế di chuyển lên cầu thang
Brokoslaw Laschowski, trưởng dự án nghiên cứu ExoNet, cho biết:
“Phương pháp kiểm soát của chúng tôi không nhất thiết phải cần đến nhận thức và
suy nghĩ của con người. Tương tự như những ô tô tự lái tự lái, chúng tôi thiết
kế những bộ khung xương ngoài tự lái cho những người có nhu cầu."
Nhóm nghiên cứu thử nghiệm phương thức tiếp cận, lắp cho bộ
khung xương ngoài máy ảnh để cung cấp cho bộ vi xử lý dữ liệu thị lực, cho phép
khung xương hoạt động tự động. Phần mềm trí tuệ nhân tạo (AI) có thể phân tích dữ liệu này
để nhận thức cầu thang, cửa ra vào và những đặc điểm khác của môi trường xung
quanh và tính toán phương thức hoạt động tốt nhất.
Laschowski cho biết, nhóm nghiên cứu sử dụng cơ sở dữ liệu
mã nguồn mở để lưu trữ hình ảnh thu được từ máy ảnh gắn trên khung xương ngoài,
có độ phân giải cao ghi lại các tình huống di chuyển của con người. Cơ sở dữ liệu
này chứa hơn 5,6 triệu bức ảnh về môi trường đi bộ trong nhà và ngoài trời
trong thế giới thực.
Nhóm khoa học sử dụng dữ liệu này để đào tạo những thuật
toán Máy học sâu, mạng nơ-ron phức tạp của AI có thể tự động nhận ra những môi
trường đi bộ khác nhau với độ chính xác 73% "dù có sự chênh lệch lớn trên
các bề mặt và vật thể khác nhau, do camera thu thập được". Theo Laschowski, hạn chế tiềm ẩn trong nghiên cứu là phụ thuộc vào hình ảnh 2-D thông thường, trong
khi máy ảnh sâu “depth camera” cũng có thể thu thập dữ liệu cần thiết về khoảng cách. Nhưng các nhà
khoa học buộc phải lựa chọn hình ảnh 2D thông thường do máy ảnh sâu vì phép đo độ sâu thường giảm độ chính xác dưới ánh sáng
ngoài trời và khi khoảng cách tăng.
Trong một nghiên cứu tương tự , các nhà khoa học của Trường Đại học Bắc Carolina yêu cầu những người tình nguyện, với máy ảnh gắn trên kính mắt hoặc buộc trên đầu gối đi qua nhiều bối cảnh trong nhà
và ngoài trời, ghi lại dữ liệu hình ảnh mà bộ xương ngoài có thể sử dụng để quan sát thế giới xung quanh.
Edgar Lobaton, nhà nghiên cứu kỹ thuật điện thuộc Đại học Bang Bắc Carolina, cho biết: “
Dữ liệu ảnh nhằm tự động hóa chuyển động”. Ông cho biết nhóm nhà
khoa học đang tập trung vào vấn đề, đảm
bảo cho phần mềm AI có thể giảm sự không chắc chắn từ các yếu tố như các chuyển động mờ ảo hoặc hình ảnh quá sáng "để đảm bảo hoạt động an toàn. Chúng tôi muốn đảm bảo rằng chúng tôi thực sự có thể tin cậy vào tầm nhìn và AI trước khi tích hợp vào phần cứng. "
Trong tương lai, Laschowski và các đồng nghiệp tập trung vào hoàn thiện độ chính xác của phần mềm phân tích môi trường với các yêu cầu về tốc độ tính toán và lưu trữ trong bộ nhớ dung lượng thấp, có ý nghĩa quan trọng đối với các hoạt động trong bo mạch với thời gian thực trên bộ khung xương ngoài robot.
Lobaton và nhóm của ông cũng tìm cách tính toán
sự không chắc chắn, được đưa vào hệ thống thị giác của bộ khung
xương ngoài từ các chuyển động xung
quanh.
Đồng thời, các nhà khoa học chương trình ExoNet muốn tìm ra
phương pháp để phần mềm AI có thể truyền lệnh tới cơ cấu cơ khí bộ khung xương
ngoài, thực hiện các tác vụ như leo cầu thang hoặc tránh chướng ngại vật dựa trên
phân tích của hệ thống về chuyển động tại thời điểm của người dùng và địa hình
sắp tới.
Laschowski cho biết, từ những chiếc xe tự hành, nhóm nhà khoa học đang nỗ lực phát triển những bộ xương khung ngoài tự hành, chủ động xử lý nhiệm vụ đi bộ mà không cần sự tham gia của người.
Laschowski cũng nhấn mạnh, “An toàn của người dùng là yếu tố quan trọng hàng đầu,
đặc biệt phục vụ cho những người bị tàn phế hoặc khuyết tật. Hơn nữa, bộ khung
xương ngoài là tiền đề cho việc kết hợp giữa máy và thần kinh người, người dùng
bộ khung xương ngoàiẽ luôn có khả năng ghi đè hệ thống nếu thuật toán phân tích
hình ảnh hoặc bộ điều khiển đưa ra quyết định sai."