Революция в взаимодействии человека и компьютера: универсальный неинвазивный нейромоторный интерфейс

Биткойн Стартапы и венчурный капитал

С развитием технологий человек постоянно стремится к более естественному и интуитивному способу взаимодействия с компьютерами и электронными устройствами. Традиционные методы ввода, такие как клавиатуры, мыши и сенсорные экраны, хотя и остаются эффективными, ограничены в мобильности и требуют непосредственного физического контакта. В условиях, когда необходимо работать в движении или использовать устройства с ограниченным пространством для ввода, эти способы могут быть неудобными или даже невозможными. Новейшие разработки в области нейромоторных интерфейсов обещают решить эти проблемы, открывая новые горизонты для человеческо-компьютерного взаимодействия. Одним из таких прорывов стал универсальный неинвазивный нейромоторный интерфейс, основанный на записи мышечных электрических сигналов с поверхности кожи.

Такой подход сочетает в себе высокую точность и удобство использования, исключая необходимость опасных хирургических операций. Суть технологии заключается в использовании поверхности электромиографии (sEMG), которая позволяет считывать электрическую активность мышц, возникающую при намеренном движении. В отличие от визуальных и инерциальных систем, работающих на основе камеры или акселерометров, sEMG не зависит от условий освещения и отсутствия препятствий, что делает её более надежной в разнообразных ситуациях. Разработка специализированного высокочувствительного и компактного браслета для записи sEMG на запястье позволила значительно расширить возможности интерфейса. Запястье выбрано не случайно – оно обеспечивает оптимальное место для улавливания сигналов от мышц кисти, запястья и предплечья и при этом остаётся социально приемлемым и удобным носить.

Браслет с сухими электродами отличается удобством надевания и практически не мешает повседневной деятельности. Для создания универсального интерфейса была разработана масштабируемая инфраструктура сбора данных, включающая тысячи добровольцев с разнообразными анатомическими и демографическими характеристиками. Это позволило сформировать обширный набор обучающих данных, на основе которых были созданы алгоритмы машинного обучения и нейронные сети, способные распознавать жесты и движения без необходимости индивидуальной настройки для каждого пользователя. Ключевым достижением является способность универсальных моделей эффективно работать с новыми пользователями без дополнительного обучения. Тесты показали, что интерфейс обеспечивает высокую точность распознавания как непрерывных движений запястья, так и дискретных жестов.

Примечательно, что скорость ввода текста с помощью распознавания написания жестов достигает 20 слов в минуту — показатель, сравнимый с традиционным набором текста на клавиатуре без физического контакта с устройством. В дополнение к общей модели была внедрена возможность персонализации, позволяющая улучшать точность распознавания для конкретного пользователя при небольшом объеме дополнительных данных. Персонализация особенно полезна для тех, у кого базовая универсальная модель показывает менее высокие результаты, что существенно расширяет аудиторию потенциальных пользователей технологии. Принцип работы нейромоторного интерфейса основан на сложном анализе сэмплов sEMG-сигналов с использованием специализированных архитектур глубокого обучения. Обработка включает внимательный разбор спатиотемпоральных характеристик и выделение существенных паттернов активности моторных единиц, которые затем сопоставляются с жестами и командами.

Тестирование интерфейса включало ряд практических задач: управление курсором по одной оси через движения запястья, навигация по дискретной сетке с помощью отдельных жестов и написание текстов посредством имитации почерка. Во всех сценариях пользователи демонстрировали возможность быстро освоить управление и уверенно выполнять поставленные задачи. Технология разработана таким образом, чтобы решать основные проблемы существующих систем, касающиеся надежности, переносимости и общедоступности. Применение sEMG исключительно с запястья исключает сложные настройки, долгую калибровку и громоздкое оборудование. Кроме практических применений в повседневном использовании компьютеров и мобильных устройств, универсальный нейромоторный интерфейс открывает двери для инноваций в реабилитационной медицине, протезировании и помощи людям с ограниченными двигательными возможностями.