Старшеклассник из США создал протез руки, управляемый разумом (4 фото + 1 видео)

В 2020 году Чой, который тогда учился в 10-м классе, планировал провести лето в лаборатории, исследуя алюминиевое топливо. Из-за пандемии лаборатория была закрыта, и у него появилось много свободного времени. И тогда он вспомнил 60-минутный эпизод научного сериала, который он смотрел в третьем классе, о нейроинтерфейсах, используемых для управления протезами конечностей. В этом эпизоде ​​исследователи имплантировали крошечные датчики в моторную кору головного мозга пациентки, что позволило ей двигать роботизированной рукой, используя свои мысли. «В то время я был очень, очень потрясён увиденным, потому что эта технология была невероятно крутой, — говорит Чой. — Но я также был встревожен тем, что она требует действительно рискованной операции на открытом мозге. И они такие дорогие, их стоимость исчисляется сотнями тысяч долларов».

Не испугавшись того факта, что для создания технологии в документальном фильме понадобилась целая команда исследователей, Чой решил в одиночку разработать улучшенную версию. Он устроил импровизированную лабораторию в своем подвале на столе для пинг-понга, и трудился по 16 часов в день. Имея прошлый опыт в программировании и робототехнике — он раньше участвовал в соревнованиях по робототехнике вплоть до уровня чемпионата мира — Чой смог самостоятельно спроектировать первую версию своей роботизированной руки.

Распечатал он её на 3D-принтере своей сестры за 75 долларов. На печать руки ушло 30 часов, а поскольку принтер мог печатать только детали размером до 12 см, Чою пришлось соединить детали вместе болтами и резинкой, чтобы создать прототип. Эта первоначальная версия работала с использованием данных о мозговых волнах и жестов головы. Также предстояло создать алгоритм интерпретации мозговых волн, причём написать его с нуля.

В октябре 2020 года Чой получил производственный грант от компании polySpectra, Inc., которая производит прочные материалы для 3D-печати, на производство его руки и переход от стадии прототипа к модели, пригодной для повседневного использования. В следующем году он выиграл финансирование от Массачусетского технологического института (MIT) для продолжения своих исследований, а также возможность работать с экспертами в университете.

Дизайн модели претерпел более 75 итераций. Рабочая модель протеза сделана из материалов инженерного класса и работает с использованием вышеупомянутого алгоритма, управляемого искусственным интеллектом, который интерпретирует мозговые волны пользователя. Он использует электроэнцефалографию (ЭЭГ), чтобы избежать инвазивных методов других протезов, и вместо этого записывает электрическую активность мозга с помощью датчика, размещенного на голове. Чтобы помочь создать этот алгоритм, Чой работал независимо с шестью взрослыми добровольцами, собирая данные об их мозговых волнах и обучая ИИ различать сигналы мозга. «Чем больше вы его используете, тем больше он выясняет, как именно вы думаете, каковы паттерны ваших мозговых волн, — объясняет Чой, — до тех пор, пока точность действительно значительно не возрастёт для вас с течением времени».

Чой демонстрирует функциональность своего роботизированного протеза руки

Мало того, что Чой создал неинвазивную технологию, его протез остаётся доступным по цене. Чой даже опубликовал инструкции по сборке в Интернете и поделился сравнением цен: «При стоимости примерно 150 долларов рука обеспечивает значительное снижение затрат по сравнению с имеющимися в продаже протезами (миоэлектрические и ЭКоГ-протезы могут стоить от 10 000 до 450 000 долларов США)».

В этом году парню исполнилось 17 лет. Его изобретение принесло ему место в числе 40 финалистов Regeneron Science Talent Search 2022 года, старейшего и самого престижного научно-математического конкурса в США для старшеклассников. Он очень скромно отзывается о своём достижении и говорит следующее: «Для меня очень важно видеть, что моя работа получает такое признание. Я определённо очень благодарен за то, что стал финалистом».

Через шесть месяцев после того, как Чой начал конструировать руку, он разместил на YouTube видео, демонстрирующее её ловкость. Это привлекло внимание Данна, и Чой начал удалённо консультироваться с ним по поводу дизайна. По его мнению, работа с Данном продвинула проект дальше, чем просто проектирование. «Возможно, это звучит немного банально, — говорит он, — но я думаю, что вы действительно можете помочь людям с помощью инженерии, с помощью технологий. Работа с мистером Данном сделала этот проект действительно впечатляющим, действительно вдохновляющим и мотивирующим».

Думая о будущем и о том, как он может продолжать помогать другим, Чой говорит, что его алгоритм может использоваться не только в протезировании. «Интерпретация мозговых волн — это действительно большая развивающаяся область», — говорит он. «Мой алгоритм — лучший из всех алгоритмов, описанных в литературе, с довольно значительным отрывом». (Это правда — алгоритм Чоя работает со средней точностью 95 процентов по сравнению с предыдущим стандартом в 73,8 процента для аналогичных алгоритмов.) «Я думаю, что в будущем он может найти широкое применение».