В мире немало людей, чья подвижность существенно ограничена из-за травм спинного мозга, церебрального паралича, рассеянного склероза и других недугов. Роботизированная система, созданная исследователи из Корнельского университета, США, помогает кормить таких пациентов. Система кормления включает компьютерное зрение, машинное обучение и мультимодальный (из нескольких режимов) контроль для обеспечения безопасности.

Доцент Тапомаюх Бхаттачарджи объяснил, почему кормить малоподвижных людей с помощью робота отнюдь не просто. Многие из них не могут наклоняться вперёд, и еду требуется отправлять им прямо в рот.

Наряду с другими робототехниками доцент Бхаттачарджи — среди пионеров развития вспомогательной робототехники. Его лаборатория EmPRISE потратила годы на обучение машин сложному процессу кормления. Как оказалось, механических помощников с этой целью нужно научить очень многому: распознавать продукты питания на тарелке, подбирать приемлемые разовые дозы и аккуратно перемещать пищу в рот больного.

Бхаттачарджи отметил, что чрезвычайно сложны в этой череде повторяющихся действий именно последние 5 см пути — от посуды к полости рта. У некоторых пациентов может быть суженное отверстие для приёма пищи, даже менее 2 см. А другие могут испытывать непроизвольные мышечные спазмы, к тому же неожиданные, например, когда ложка у них уже во рту. Есть и те, которые могут принимать пищу только с определённой стороны полости рта, а потому толкают ложку языком.

Докторант в области компьютерных наук Раджат Кумар Дженамани — ведущий автор статьи об изобретении — отметил, что современные технологии распознавания обычно сканируют лицо человека только раз. Далее предполагается, что оно останется неподвижным. Но в действительности это зачастую не так. И ошибки в компьютерном зрении могут лишать получателей медицинской помощи.

Для решения проблемы исследователи оснастили своего робота двумя важными функциями. Первая — отслеживание движений рта в реальном времени, которое подстраивается под мимику. Вторая — механизм динамического реагирования, который позволяет роботу определять характер физических взаимодействий по мере их возникновения и отвечать соответствующим образом. По словам исследователей, обе функции позволяют системе различать внезапные спазмы, намеренные укусы и попытки пользователя воздействовать на ложку во рту.

При испытаниях роботизированной системы учёные успешно покормили 13 человек с различными заболеваниями. В итоге пациенты сочли спецробота с ложкой безопасным и удобным.

Робот представляет собой многосуставчатую руку с изготовленным на заказ столовым прибором. Манипулятор-кормилец способен ощущать прилагаемые усилия. Положения головы и мимику получателей пищи отслеживают на основе тысяч изображений. Контроль за ситуацией происходит с помощью двух камер, расположенных над и под ложкой.

По словам исследователей, последняя особенность позволяет точно определять состояние полости рта и преодолевать любые помехи, когда часть лица заслонена столовым прибором. Дженамани добавил, что механизм реагирования основан на физическом контакте и использует как визуальное, так и силовое восприятие того, как пользователи взаимодействуют с роботом.

Учёный подчеркнул, что получатели помощи управляют 20-килограммовым роботом буквально одним лишь языком. И назвал общение с пользователями наиболее приятным аспектом робототехнического проекта. Оказалось, что робот вызывает у пациентов и их семей интерес и эмоциональный отклик. Во время одного из кормлений родители дочери с шизэнцефалией-квадриплегией, редким врождённым заболеванием, стали свидетелями того, как она фактически сама успешно поела с помощью изобретённого устройства.

По словам исследователей, результаты испытаний сулят хорошие перспективы для множества людей. Роботы-кормильцы способны повысить качество жизни малоподвижных больных и их независимость от услуг сиделок и помощи родных.