Slik ser forskerne i Walk Again Project for seg at avsparket under årets fotball-VM i Brasil vil gå for seg. (Bilde: Walk Again Project)

TANKESTYRING

Vil sparke i gang VM med tankestyrt exoskjelett

Norsk forsker: – Mildt sagt imponerende om de får det til.

En ungdom med manglende beinførsel tar på seg et exoskjelett, går til midtbanen og sparker i gang årets fotball-VM.

Hvis stiftelsen Walk Again Foundation får det som de vil, kan dette bli en realitet under VM i Brasil.

– Med nok politisk vilje og investeringer, kan vi gjøre rullestolen overflødig, forklarer lederen for prosjektet, Miguel Nicolelis, til Washington Post.

Styres med tankene

Beina blir stabilisert ved hjelp av gyroskop, og sensorer i sålen skal gi brukeren en følelse av at føttene trykker mot bakken. Hele anordningen får kraft fra en batteripakke i en ryggsekk, og systemet skal styres med tankene.

Nicolelis, som leder prosjektet på universitetet i Duke i USA, var tidlig ute med forskning på tankestyring.

Allerede tidlig på 90-tallet deltok han i et prosjekt der rotter styrte en robotarm som ga dem vann. Den gang ble sensorer plassert inne i hjernen til rottene. Inne i buret lå en spake, som dyrene kunne flytte på for at en robotarm skulle forsyne dem med vann.

Les også: En av disse blir årets teknologibragd

Laget vanningsarm for rotter

Forskere studerte signalene i rottehjernen idet de flyttet på spakene - og de kunne se hvilke nervesignaler rottene sendte for å signalisere at de ønsket vann.

Etter hvert ble armen omprogrammert til å reagere på disse bestemte signalene, og rottene lærte etter kort tid at de kunne styre armen til å gi dem vann bare ved å tenke på det.

Forskerne i Walk Again Project tar sikte på å gjøre exoskjelettet til virkelighet med såkalt EEG (elektroencefalografi)-måling. På godt norsk - måling av bølger og frekvenser i hjernen.

Med hjelp av prober på utsiden av hodet skal de elektriske motorene i exoskjelettet få signaler som sier hvilke muskler brukeren ønsker å bevege. Ingrid Schjølberg i ROBOTNOR beskriver det som mildt sagt imponerende dersom forskerne mestrer oppgaven de har satt seg.

– Det er nokså vanskelig å fange opp signalene i hjernen. Man oppfatter gjerne at noen tenker på en bevegelse, men det er vanskelig å måle hvor mye bevegelse, forklarer hun til Teknisk Ukeblad.

Les også: Slik skal Pirate Bay gjøre det umulig å blokkere nettsider

EEG vs EMG

ROBOTNOR er et senter for robotforskning under NTNU og SINTEF. De har tidligere arbeidet med styring ved hjelp av EEG, men de har benyttet seg av de «ferdig tolkede» signalene brukere sender ut ved øyebevegelser og grimaser.

Dagens «tankestyrte» proteser benytter seg i stor grad av en annen teknologi for å oppfatte brukernes ønsker om bevegelse, nemlig EMG (elektromyografi).

I motsetning til EEG, blir nervesignalene plukket opp i musklene etter at de er tolket og sendt ut av hjernen.

På den måten vet man med en viss presisjon hvilken muskel brukeren ønsker å bevege uten å måtte forholde seg til de upresise signalene man får i en EEG-måling av hjerneaktivitet.

Kan hjelpe krigsskadde

– Man drar det litt langt når man sier det er tankestyring. I praksis måler vi elektrisk aktivitet i en muskel. Nervesignalene er ferdig tolket når de har nådd så langt, forklarer Anders Fougner ved NTNU.

Han har skrevet en doktorgrad om proteser og brukervennlighet. Forskeren har blant annet jobbet med å utvikle proteser hvor handikappede kunne justere hvor kraftig utslaget i protesens motorer skulle bli. Dette i kontrast til tradisjonelle tankestyrte proteser, der man ofte har vært begrenset til å aktivere eller deaktivere en motor i protesen med en av/på-funksjon.

Han forklarer at dersom tankestyringen med EEG-måling blir en suksess, kan det være gode nyheter for dem som mangler muskler å måle på.

– Dersom man har amputert langt oppe på armen, kan man mangle brukbare muskler å styre med. Spesielt i USA er det mange krigsskadde med brannskader. Hos de kan det være vanskelig å få gode målinger på musklene. Et problem man slipper med EEG-måling, sier forskeren.

Les også: De førerløse bilene gjør Las Vegas

Kortvarig hjernestyring

Han påpeker også at styringen må kunne fungere over tid.

Ved måling av nervene i muskler har forskerne sett at signalet raskt endrer seg eller blir svakere. Dette må kompenseres for i programvaren som tolker signalene.

– Jeg ser for meg at det samme gjelder under måling av hjerneaktivitet. En gang ble vi vist en video av en ape som styrte en protesehånd ved hjelp av EEG-måling. Det fungerte fint i ett minutt, men så virket det ikke lenger. Det samme ser vi når vi måler på muskler, forklarer Anders Fougner.

Til venstre ser man det japanske HAL-skjelettet. Til høyre ser vi Lockeed Martins HULC-modell i aksjon. Montasje. Wikimedia Commons/Lockheed Martin

Les også: Amerikansk gigant kjøper seg inn i norsk fingeravtrykk-teknologi

Populært i militæret

På Walk Again Projects egne illustrasjon over konseptet (se øverst i artikkelen) ser man at brukeren har en batteripakke på ryggen med forgreninger til bena.

Lignende modeller er allerede i bruk i det amerikanske militæret, endog uten tankestyringen. Målsetningen for militære exoskjelett er ofte å gi soldater større løftekraft og færre ryggskader. Et eksempel er Lockheed Martins HULC (Human Universal Load Carrier)-system.

Hele drakten veier kun 24 kilogram, og lar brukeren løfte 90 kilo ekstra uten problemer.

Hva gjelder exoskjeletter til medisinsk bruk har det japanske selskapet CYBERDYNE kommet langt. Deres HAL (Hybrid Assistive Limb)-system er i dag i bruk på et hundretalls pleiehjem i landet, og ble også brukt under oppryddingen etter Fukushima-nedsmeltingen i 2011.

Skjelettet benytter seg av EEG-måling, men er avhengig av måling på musklene i tillegg for å se hvordan brukeren ønsker å bevege seg.

Det er dermed upløyd mark forskerne ved universitetet i Duke har beveget seg inn på. Så langt har de vært sparsomme med de tekniske detaljene i prosjektet, eller om de i det hele tatt forventer å være klare til avsparket i Brasil.

Vi venter i spenning.

Les også:

Se hva studentene fikk til med et Kinect-kamera, 900 plastpinner og litt elektronikk

IT-gigantene slåss om operativsystem til bilene

Klemmer 1 Gbit/s inn i den gamle telefonkabelen