یک دستگاه جدید که توسط مهندسان ساخته شده‌است می‌تواند حرکات دست را براساس سیگنال‌های الکتریکی شناسایی شده در بازوی انسان تشخیص دهد. این دستگاه که از تلفیق حسگرهای زیستی پوشیدنی با هوش مصنوعی (AI) استفاده می‌کنند، می‌تواند برای کنترل اندام‌های مصنوعی یا برقراری ارتباط با هرگونه وسیله الکترونیکی به کار گرفته شود.
به طور مثال تایپ با یک کامپیوتر بدون کیبورد، بازی با کنسول بازی بدون استفاده از کنترل‌گر یا رانندگی با یک ماشین بدون فرمان را تصور کنید. این‌ها بخشی از اهداف دستگاه جدید توسعه یافته توسط مهندسان دانشگاه برکلی کالیفرنیا است که می‌تواند حرکات دست را با استفاده از سیگنال‌های دریافت شده از بازوی فرد تشخیص دهد. این سیستم با تلفیق حسگرهای زیستی پوشیدنی و هوش مصنوعی، می‌تواند در کنترل اندام‌های مصنوعی و ارتباط با هرگونه دستگاه الکترونیکی استفاده شود.
علی معین، دانشجوی دکترای دانشکده برق و علوم کامپیوتر دانشگاه برکلی کالیفرنیا گفت: “اندام‌های مصنوعی یکی از کاربردهای مهم این تکنولوژی است. علاوه بر آن، این تکنولوژی یک روش شهودی برای برقراری ارتباط با کامپیوترها است. خواندن حرکات دست یکی از روش‌های تعامل انسان با کامپیوتر است. در حالی که روش‌های دیگری مانند استفاده از بینایی ماشین و دوربین‌ها برای انجام این کار وجود دارد، تکنولوژی جدید روش خوبی برای انجام این کار و حفظ حریم شخصی افراد است.” معین نویسنده مقاله جدیدی است که این دستگاه را توصیف کرده و مقاله در تاریخ 21 دسامبر در ژورنال Nature Electronics چاپ شده است.
برای ساخت سیستم تشخیص حرکت دست این تیم با همکاری آنا آریاس پروفسور مهندسی الکتریک دانشگاه برکلی یک بازوبند انعطاف پذیر طراحی کردند که بتواند سیگنال‌ها را از 64 نقطه مختلف بازو بخواند. سیگنال‌های الکتریکی سپس وارد یک چیپ الکتریکی می‌شود که توسط الگوریتم‌های هوش مصنوعی به صورتی برنامه‌ریزی شده است که می‌تواند الگوهای سیگنال را با حرکات دست پیوند دهد.
این تیم موفق شد 21 حرکت مختلف دست از جمله حرکت تائید، مشت، دست صاف، بالا بردن انگشتان منفرد و شمارش اعداد با دست را تشخیص دهد. معین افزود: “وقتی شما می‌خواهید عضلات دست خود را منقبض کنید، مغز شما از طریق نورون‌های عصبی گردن و شانه‌ها سیگنالی به رشته‌های عضلانی بازویتان می‌فرستد. اساسا آن‌چه سنسورهای بازوبند طراحی شده دریافت می‌کند همین میادین الکتریکی هستند. این سیگنال‌ها آن‌قدر قوی نیستند که بفهمند مغز دقیقا کدام رشته عضلانی را تحریک کرده‌است، اما با تراکم زیاد الکترودها، می‌توان تا حدی الگوهای مشخص را تشخیص داد.”
مانند تمام برنامه‌های هوش مصنوعی الگوریتم باید در ابتدا “یاد بگیرد” که چگونه سیگنال‌های الکتریکی بازو با حرکات مختلف دست مطابقت دارد. بدین منظور هر کاربر در حالی که یکی یکی حرکات دست را انجام می‌دهد باید بازوبند را پوشیده باشد. با این حال، دستگاه جدید از نوعی مدل هوش مصنوعی پیشرفته به نام الگوریتم محاسباتی فرابعدی که قادر است خود را با اطلاعات جدید به روز رسانی کند استفاده می‌کند. به عنوان مثال، اگر سیگنال‌های الکتریکی مرتبط با یک حرکت دست خاص به دلیل عرق کردن بازوی کاربر تغییر کند یا کاربر بازوی خود را بالای سرش ببرد، الگوریتم می‌تواند این اطلاعات جدید را در مدل خود ثبت کند.
معین گفت: “در تشخیص حرکت، سیگنال‌های شما به مرور زمان تغییر می‌کنند و این امر می‌تواند بر عملکرد مدل شما تأثیر بگذارد. ما توانستیم دقت طبقه‌بندی حرکت‌ها را با به‌روزرسانی مدل روی دستگاه بهبود ببخشیم.”
یکی دیگر از مزیت‌های دستگاه جدید این است که تمام محاسبات به صورت محلی اتفاق می‌افتد. نیازی نیست داده‌های شخصی به یک کامپیوتر یا دستگاه دیگر ارسال شود. این امر نه تنها باعث افزایش سرعت محاسبات می‌شود بلکه محرمانگی داده‌های زیستی شخص را نیز تضمین می‌کند.
John Rabaey استاد برجسته مهندسی برق دانشگاه برکلی و نویسنده ارشد این مقاله گفت: “زمانی که آمازون یا اپل الگوریتم‌های خود را ایجاد می‌کنند، یک سری نرم‌افزار در فضای ابری اجرا می‌کنند که مدل را به وجود می‌آورند و سپس این مدل در دستگاه شما بارگیری می‌شود. مشکل این است که در این روش مدل شما دیگر تغییر نمی‌کند. اما در دستگاه جدید، ما فرآیندی را اجرا کردیم که توسط آن یادگیری روی خود دستگاه انجام می‌شود و این کار باعث افزایش چشمگیر سرعت دستگاه می‌شود. شما فقط باید یک بار این کار را انجام دهید تا دستگاه شروع به کار کند و هرچه بیشتر این کار را تکرار کنید عملکردش بهتر خواهد شد. بنابراین این دستگاه درست مانند انسان به طور مداوم در حال یادگیری است.”
وی افزود: “البته این دستگاه هنوز برای مصارف تجاری آماده نیست. اما ممکن است با اندکی تغییرات جزئی به زودی روانه بازار شود. هم‌اکنون اغلب این تکنولوژی‌ها در دستگاه‌های دیگر وجود دارند اما آن‌چه در مورد این دستگاه منحصر به فرد است این است كه این دستگاه سنجش زیستی، پردازش و تفسیر سیگنال و هوش مصنوعی را در یك سیستم نسبتاً كوچك و انعطاف پذیر و با مصرف انرژی پایین ادغام می‌كند.”
