En forskergruppe på DTU Elektro med adjunkt Silvia Tolu i spidsen har udviklet et nyt bio-inspireret kontrolsystem til robotter, der tager udgangspunkt i den menneskelige lillehjerne. Det er fra lillehjernen vores bevægelser styres og tilpasses omgivelserne, både i forhold til at sætte de rette muskler i bevægelse, når vi for eksempel skal gå og i forhold til at lave de nødvendige justeringer, så vi kan fortsætte gangen, selvom underlaget ændrer sig eller gynger som på et skibsdæk.
– Vi har oversat lillehjernens mange processer til et ’ingeniørsystem’, hvor vi har kombineret de biologiske mekanismer med traditionelle kontrolteknikker til styring af robotter. På den måde kan vi gøre robotten i stand til både at beherske bevægelser og samtidig tilpasse sig ændringer i omgivelserne, siger Silvia Tolu.
Et af de forsøg, forskerne har gennemført, er sket med en muskuloskeletal muserobot, der har et muskel- og skeletsystem. Den blev sat til at gå på to rullende bånd, et til de to ben i venstre side af robotten og et til de to højre ben. Herefter blev tempoet på det højre bånd skruet op, og robotten justerede automatisk gangparametrene for at stabilisere bevægelsen. Disse foreløbige resultater bekræfter de resultater, der er fundet under lignende forsøg med rigtige mus og mennesker.
Silvia Tolu er ikke i tvivl om, at robotter med mere bløde og tilpassede bevægelser vil være en gevinst for fremtidens robotanvendelse. Det vil eksempelvis kunne øge sikkerheden, når robotter og mennesker arbejder sammen side om side, så det ikke kun er mennesket, der skal tilpasse sig robottens bevægelser, men det modsatte også kan finde sted.
Det åbner for helt nye muligheder for anvendelsen af robotter, at styresystemet er baseret på efterligningen af lillehjernens evne til at kunne huske bevægelser.
– Ved hjælp af machine learning-teknikker er det lykkedes os at gøre robotter i stand til at modtage en besked og derefter selv finde ud af, hvordan den skal løse opgaven. Her udnytter vi lillehjernens evne til at kunne lære af sine fejl, så den opnår den ønskede handling, siger Silvia Tolu.
– Tænk eksempelvis på et lille barn, der skal lære at gå. Her skal der meget træning til, før det lykkes – og undervejs lærer barnets lillehjerne, hvad der bringer det nærmere målet, og hvad der hindrer det. Den egenskab har vi tilført robotten, så dens motor bliver selvlærende, siger Silvia Tolu.
I et af forskernes forsøg har det vist sig, at en selvlærende robotarm laver flere fejl i starten, når den bliver bedt om at bevæge sig i en 8-tals form. Til gengæld bliver det samlede antal fejl hos robotten, der bliver kontrolleret af en simpel lillehjernefunktionalitet hurtigt markant mindre. Efter en kort oplæringsperiode målte forskernes således 30 % færre fejl i 8-tallerne end i dem, robotter med traditionel styring udførte.
Genoptræning af patienter med Parkinsons sygdom Næste skridt for Silvia Tolus forskning er at undersøge, hvordan robotter kan anvendes i forståelsen og behandlingen af hjernesygdomme som Parkinsons sygdom.
– Det kan eksempelvis være i genoptræningen, hvor robotter kan bidrage til at erstatte eller styrke lillehjernens funktioner hos patienterne. For at nå det mål skal kontrolsystemet udvides til at omfatte andre områder i hjernen, særligt basalganglierne. Samspillet mellem lillehjernen og basalganglierne er afgørende for at kunne forstå Parkinsons sygdom, forklarer Silvia Tolu.
Viden om hjernen har været væsentlig for, at DTU-forskerne som nogle af de første i verden har kunnet lave et nyt bio-inspireret styresystem til robotter baseret på lillehjernens funktioner. Silvia Tolus forsøg med robotter giver dog også nyttig viden til hjerneforskere, der kan hjælpe med at bekræfte eller afkræfte teser om hjernens funktioner. Hvis robotten ikke er i stand til at handle som forventet under givne omstændigheder, kan det bidrage til nye hypoteser eller indsigt i den menneskelige hjerne.
Kontakt:
Silvia Tolu, mail: stolu@elektro.dtu.dk
