Vòng đeo tay sử dụng sóng siêu âm cho phép mô phỏng chính xác bàn tay robot

Các nhà nghiên cứu đã mở ra một ranh giới mới trong tương tác giữa người và robot bằng cách sử dụng hình ảnh siêu âm để chuyển đổi các chuyển động cơ bắp bên trong thành các lệnh kỹ thuật số. Bước đột phá này cho phép sự khéo léo chưa từng có, giúp bàn tay robot có thể mô phỏng các cử chỉ của con người với sự tinh tế như một con rối dây.

Giải mã "dây rối" trong sự khéo léo của con người

Bàn tay con người là một kỳ quan của kỹ thuật sinh học, sử dụng 34 cơ, 27 khớp và hơn 100 gân và dây chằng để thực hiện các chuyển động phức tạp. Trong nhiều năm, các kỹ sư đã phải vật lộn để tái tạo sự khéo léo này ở robot vì các cảm biến truyền thống thường không thể nắm bắt được các cơ chế nội tại phức tạp diễn ra bên dưới da.

Để giải quyết vấn đề này, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí Xuanhe Zhao của MIT dẫn đầu, cùng với các đồng nghiệp từ Đại học Nam California, đã phát triển một vòng đeo tay siêu âm có thể đeo được. Thiết bị sử dụng một "miếng dán" siêu âm thu nhỏ—một phiên bản thu nhỏ của các bộ biến năng cấp y tế—kết hợp với một loại hydrogel chuyên dụng để bám dính vào da. Bằng cách ghi lại hình ảnh các cấu trúc bên trong cổ tay, thiết bị coi các gân và cơ như những sợi dây của một con rối, trong đó trạng thái của các "sợi dây" sẽ tiết lộ vị trí chính xác của các ngón tay và lòng bàn tay.

Chuyển đổi chuyển động thời gian thực bằng AI

Cốt lõi của công nghệ này nằm ở sự tích hợp AI tinh vi. Hệ thống sử dụng một thuật toán trí tuệ nhân tạo đã được huấn luyện trên một tập dữ liệu khổng lồ gồm các hình ảnh siêu âm được con người dán nhãn tỉ mỉ. Khi người đeo di chuyển tay, thiết bị siêu âm sẽ ghi lại hình ảnh thời gian thực về giải phẫu bên trong cổ tay, sau đó AI sẽ ngay lập tức chuyển đổi chúng thành các tọa độ chính xác của ngón tay và lòng bàn tay.

Trong các buổi trình diễn thử nghiệm, khả năng điều khiển không dây này đã chứng minh được năng lực đáng kinh ngạc. Người dùng đã điều khiển thành công các bàn tay robot thực hiện các nhiệm vụ có độ chính xác cao, chẳng hạn như chơi một bản nhạc đơn giản trên đàn piano hoặc ném một quả bóng rổ thu nhỏ vào rổ. Ngoài robot vật lý, công nghệ này còn mở rộng sang các môi trường kỹ thuật số, cho phép người dùng thao tác với các vật thể ảo—chẳng hạn như dùng hai ngón tay để phóng to trên màn hình máy tính—bằng các cử chỉ tay tự nhiên.

Mở rộng quy mô cho Phẫu thuật và Robot hình người

Mặc dù phần cứng hiện tại có kích thước xấp xỉ một chiếc điện thoại thông minh, nhóm nghiên cứu đang tập trung vào việc thu nhỏ hơn nữa và mở rộng sự đa dạng của các tập huấn luyện AI. Bằng cách kết hợp nhiều kích thước bàn tay, hình dạng ngón tay và các cử chỉ phức tạp hơn, các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu tạo ra một tiêu chuẩn chung cho việc theo dõi bàn tay.

Những tác động đối với bối cảnh AI và robot rộng lớn hơn là rất sâu sắc. Một trong những mục tiêu quan trọng nhất là tạo ra một tập dữ liệu khổng lồ, có độ trung thực cao về các chuyển động của bàn tay con người. Dữ liệu này có thể được sử dụng để huấn luyện các robot hình người thực hiện các nhiệm vụ tinh vi, có rủi ro cao, chẳng hạn như các quy trình phẫu thuật có sự hỗ trợ của robot, nơi mà ngay cả một milimét sai sót cũng không thể chấp nhận được. Khi chúng ta tiến tới một tương lai hợp tác liền mạch giữa người và máy, hình ảnh đeo được có thể trở thành giao diện chính để điều khiển thế hệ máy móc khéo léo tiếp theo.

Các điểm chính cần lưu ý

  • Ghi lại chuyển động bên trong: Không giống như các cảm biến bề mặt, hình ảnh siêu âm theo dõi chuyển động thực tế của gân và cơ để mang lại sự khéo léo vượt trội.
  • Chuyển đổi bằng AI: Một thuật toán tiên tiến chuyển đổi hình ảnh siêu âm thời gian thực thành các lệnh kỹ thuật số chính xác cho cả phần cứng robot và giao diện ảo.
  • Ứng dụng rủi ro cao: Công nghệ này mở đường cho việc huấn luyện robot hình người thực hiện các nhiệm vụ tinh vi, bao gồm phẫu thuật chính xác và lao động thủ công phức tạp.