הטכניון מציג: יד תותבת המבצעת פעולות עדינות – אפילו נגינה בפסנתר
דין צדוק, דוקטורט בפקולטה למדעי המחשב ע"ש טאוב בטכניון, פיתח מערכת רובוטית הצפויה לשנות את חייהם של קטועי יד.
המערכת כבר מאפשרת למשתמש לנגן בפסנתר ולהקליד במחשב, והכוונה היא להמשיך ולשפר את יכולותיה.
דין צדוק מציג את הפיתוח ביום המחקר הפקולטי
“רבות מהפעולות שאנחנו עושים ביום-יום כבדרך אגב – הקלדה, הכנת קפה, החלפת מנורה – הן פעולות מאוד מאתגרות עבור אנשים קטועי יד,” מסביר צדוק. “מכאן החשיבות העצומה של פתרונות יעילים ונוחים לשימוש.”
אחד האתגרים המורכבים בפרוטזות רובוטיות הוא היכולת לבצע פעולות מורכבות יותר מאשר תפיסה של חפץ והזזתו. פרוטזות קיימות מאפשרות למשתמש, לכל היותר, להחזיק כוס ולשתות ממנה, אבל הקלדה במחשב או נגינה בפסנתר הן פעולות מורכבות מדי עבורן.
מתוך האתגר המורכב הזה צמח פרויקט מורכב, שבו מנחים את צדוק לא פחות משלושה חברי סגל מהטכניון: פרופ’ אלון וולף, מומחה לרובוטיקה ולביומכניקה מהפקולטה להנדסת מכונות, וחוקרי הפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב פרופ’ אלכס ברונשטיין (למידה חישובית) וד”ר אורן זלצמן (רובוטיקה).
המערכת החדשה היא מערכת רובוטית מבוססת אולטרסאונד הקוראת את תנועות השרירים וכך מחקה את פעולות היד האנושית באופן מדויק ורגיש, לרבות הזזה עדינה של האצבעות.
מערכת האולטרסאונד מולבשת על הגפה ומסיקה את כוונותיו של המשתמש על סמך תנועות השרירים, לרבות תנועות מורכבות ועדינות. להערכת צוות המחקר, זוהי קפיצת מדרגה שתאפשר לקדם משמעותית את תחום הפרוטזות ולספק למשתמשים רבים איכות חיים משופרת.
דין צדוק נולד בתל אביב, שירת בתפקיד טכנולוגי בצבא והחל ללמוד בטכניון לאחר שחרורו. בתקופת התואר הראשון הוא הצטרף לצוות “פורמולה טכניון”, המפתח מכוניות מירוץ המייצגות את הטכניון באליפויות Formula SAE, ובכך היה לסטודנט הראשון מהפקולטה שלו המשתתף בפרויקט. יחד עם הסטודנטים אמיר בירן ותום הירשברג הוא פיתח במסגרת זאת “סימולטור מדמה פורמולה” כדי לערוך הדמיות של נסיעת רכב הפורמולה האוטונומי שפותח בטכניון. האלגוריתם שפיתח הצוות מאפשר לרכב האוטונומי לשפר בהתמדה את נהיגתו העצמית תוך התחשבות בכל השיקולים הרלוונטיים – מזג אוויר, מסלול, מהירות וכיו”ב. המערכת פותחה בהנחיית ד”ר קירה רדינסקי מהטכניון ואשיש קאפור מחברת מיקרוסופט ארה”ב.
היד התותבת שפותחה ע”י חוקרי הטכניון
בתום התואר הראשון המריא צדוק לסיאטל כדי להשתלם במעבדות המחקר של מיקרוסופט, וכשחזר החל את לימודי התואר השני בטכניון. הוא התנדב במעבדה של פרופ’ אלון וולף ובעמותת Haifa3D, ובשתיהן רכש ניסיון רב בתחום הפרוטזות. הוא גם ביקר ב-MIT, שם למד רבות על הדור הבא של פרוטזות רובוטיות.
“ההשתתפות בפיתוח מכונית פורמולה הייתה חוויה אדירה,” הוא אומר, “אבל תמיד רציתי לרתום את הידע שלי לטובת בריאות האדם. אלגוריתמיקה היא כלי יעיל מאוד למגוון תחומים, ואני שמח שביכולתי לרתום אותה לנושא החשוב של פרוטזות שישפרו את איכות החיים של אנשים שנפגעו.”
תחום הפרוטזות הולך ומתפתח מבחינה טכנולוגית, אולם רוב הפרוטזות החכמות מבוססות כיום על מדבקות חישה המוצמדות לעור כדי לפענח את “כוונת השרירים”. לדברי צדוק, “הטכנולוגיה הזאת מאוד מוגבלת, ומה שאנחנו מציעים הוא גישה חדשה המתבססת על אולטרסאונד ומספקת למערכת מידע דינמי, בזמן אמת, על התנהגות השרירים הרלוונטיים לתנועת היד והאצבעות.”
היד התותבת שפותחה ע”י חוקרי הטכניון
תחילה עבד הצוות על פתרון שיאפשר למשתמש להפריד בין האצבעות התותבות, אבל עד מהרה הבינו החוקרים כי יש כאן פוטנציאל נרחב הרבה יותר: שיחזור רציף של תנועות האצבעות על סמך אולטרסאונד העוקב אחר שרירי הכיווץ במרכז הזרוע התחתונה. כך הם פיתחו מערכת המאפשרת למשתמש להקליד במחשב ולנגן בפסנתר. יותר מכך – מתוך תנועות האצבעות הם הצליחו לשחזר את הטקסט שנכתב או את המוזיקה שנוגנה.
את כל אלה השיג צדוק כבר בעבודת המאסטר, אבל במקום לנוח על זרי הדפנה הוא החליט להמשיך בפרויקט זה לתוך הדוקטורט. בקיץ האחרון הוא כבר הוזמן ללונדון כדי להציג את הפרויקט ב-ICRA – הכנס של IEEE בתחום הרובוטיקה והאוטומציה.
ההצלחות מרשימות, אולם המשימות לעתיד עדיין רבות. בין השאר: לפתח אלגוריתם שלא יעבוד רק אחרי אימון עם משתמש ספציפי אלא גם ישמש היטב משתמש חדש. לדברי צדוק, “אנשים רבים שאיבדו יד מוותרים על הפרוטזה אחרי תקופה קצרה משום שהיא כבדה ומסורבלת והאפקטיביות שלה מאוד מוגבלת. אנחנו מנסים לפתח פתרונות קלים, נוחים ויעילים. לשם כך אנחנו חייבים להמשיך ולשפר את הדיוק של התנועה ושל עוצמתה.”
המחקר נתמך על ידי הנציבות האירופית למחקר (מענק ERC), משרד המדע והטכנולוגיה, הקרן הדו-לאומית ישראל-ארה”ב (BSF), קרן דוד הימלברג וקרן משפחת ווין. החוקרים מודים לעמותת Haifa3D על תמיכתה.
סרטון הדגמה:
מספר סרטונים לדמו שנבנה המראה איך אפשר לחבר את האלגוריתם ליד רובוטית המיועדת לקטועי ידיים ומנגנת בפסנתר בזמן אמת לפי הוראות האלגוריתם:
https://www.dropbox.com/s/t5ehzlez39lfar1/IMG_3722.MOV?dl=0
https://www.dropbox.com/s/mvfezalnmpo74oc/IMG_3724.MOV?dl=0
https://www.dropbox.com/s/pgjf212uu3ab3ps/demo_robotic_hand.mov?dl=0
למאמר: