Костюм-робот научит человека играть в гольф

Исследователи Синтия Бризил (Cynthia Breazeal) и Джефф Либерман (Jeff Lieberman) из группы по разработке персональных роботов Массачусетского технологического института (Personal Robotics Group) разработали специальный вибротактильный костюм (правда, пока он охватывает только плечо и руку), с помощью которого можно обучить человека любым двигательным навыкам, например, игре в гольф или танцевальным движениям. Кроме того, он пригодится пациентам, которые проходят реабилитацию после различных неврологических травм.

Статья авторов, посвящённая пилотной версии этой роботизированной системы, была опубликована в журнале IEEE Transactions on Robotics.

Итак, как же всё это работает? Положим, человек очень хочет научиться какому-нибудь непростому удару, используемому в игре в гольф. Его учитель надевает на себя костюм из лайкры. В течение 10 минут система автоматически подстраивается под его физические пропорции (длину руки, расположение суставов и так далее), а затем обучающий делает тот самый удар (так называемое "идеальное движение").

В это время специальная оптическая система захвата движений от фирмы Vicon отслеживает местоположение всех маркеров (смотрите фото) с точностью до одного миллиметра.

По словам Либермана, "самой трудной частью нашей работы стала разработка программных продуктов для системы отслеживания сложных движений человеческого тела, которая должна работать очень быстро и очень точно, чтобы потом адекватно воспроизвести их с учеником".

Полученные данные костюм "скармливает" программе, которая (после подгонки костюма под обучаемого человека) сравнивает физические параметры ученика и учителя. Как только учитель сделал своё "идеальное движение", костюм может записать, "проиграть" и повторить его даже на разных скоростях.

Когда же, наконец, к делу приступает ученик, то его движения корректируются с помощью вибрации небольших приводов, вшитых в местах расположения маркеров. Вибрации пропорциональны погрешности положения того или ионного сустава обучающегося человека. Система может скорректировать даже вращательные движения руки, вызывая соответствующие тактильные ощущения и подсказывая человеку как её поворачивать.

Раньше на то, чтобы обучить подающего надежды спортсмена хорошо играть в гольф, уходили месяцы тренировок и сотни часов просмотра видеозаписей профессиональных игр.

В будущем же (если разработка всё-таки достигнет размеров полного костюма и обретёт порядка ста маркеров) будет достаточно нескольких движений высококвалифицированного учителя и далее человек может обучаться так, будто находится в теле мастера. Ученику даже не понадобится видеть обучающего (что весьма удобно для слепых или слабовидящих людей).

"Идея создания столь странного механизма пришла мне в голову во сне. Я проснулся, провёл около часа в размышлениях и в этот же день поставил первые опыты. Окончательный вариант (со всеми программными и аппаратными усовершенствованиями) был готов примерно через полгода", — говорит Джефф.

Проведённые эксперименты показали, что "подсказки" костюма помогли студентам повысить на 23% долю удачных попыток повторить движение за преподавателем, и уменьшить количество ошибок на 27%.

А если представить, что полноценный костюм в будущем можно будет использовать для обучения, например, плаванию (не надо будет несколько сотен раз подниматься из воды и только затем делать новые попытки), то, скорее всего, существенно уменьшится и время, необходимое для полной подготовки человека.

В ходе экспериментов также выяснилось, что система каким-то образом задействовала подсознательные навыки людей по обучению тем или иным движениям, что особенно важно для тех больных, кому необходимо обратно "срастить" повреждённые участки нервной системы, восстановить умение производить какое-либо действие.

"Прототип нашего костюма получился очень дорогим и достаточно тяжёлым. Над устранением этих недостатков мы работаем сейчас", — добавляет Либерман.