MIT-ov ultrazvučni wristband otvara novu fazu upravljanja robotima i virtualnim okruženjima
Ideja da čovjek vlastitim pokretima šake gotovo trenutačno upravlja robotskom rukom dugo je pripadala području demonstracija iz laboratorija i tehnoloških prototipova koji su zahtijevali kamere, glomaznu opremu ili senzorske rukavice. Novi razvoj s Massachusetts Institute of Technologyja pokazuje da bi taj prijelaz iz laboratorija u praktičniju uporabu mogao biti bliži nego što se donedavno mislilo. Istraživači s MIT-a razvili su ultrazvučni wristband, nosivi uređaj koji u stvarnom vremenu prati pokrete šake tako što snima mišiće, tetive i ligamente u području ručnog zgloba, a zatim te podatke, uz pomoć umjetne inteligencije, prevodi u položaje prstiju i dlana. Rezultat je sustav kojim korisnik može bežično upravljati robotskom rukom, ali i pomicati objekte u virtualnom okruženju s razinom preciznosti koja dosad nije bila lako dostupna u ovako kompaktnom formatu.
Važnost takvog iskoraka najbolje se razumije kada se uzme u obzir koliko je ljudska šaka biomehanički složena. U svakodnevnim radnjama, poput listanja zaslona pametnog telefona, sudjeluju deseci mišića, zglobova, tetiva i ligamenata. Upravo zato robotika i sustavi virtualne stvarnosti godinama pokušavaju pronaći pouzdan način kako uhvatiti fine pokrete ruke, ne samo grube geste nego i prijelaze između njih. Prema opisu istraživačkog tima, novi uređaj ne pokušava pogoditi namjeru korisnika samo preko električnih signala iz mišića, nego doslovno “gleda” kako se unutarnje strukture ručnog zgloba mijenjaju tijekom pokreta. To mu daje znatno bogatiji skup informacija o tome što šaka u određenom trenutku radi.
Kako uređaj radi i zašto je drukčiji od dosadašnjih pristupa
Središnji dio sustava je ultrazvučni modul ugrađen u traku veličine približno pametnog sata. On kontinuirano proizvodi slike unutarnjih struktura zapešća dok korisnik pomiče prste i šaku. Te crno-bijele ultrazvučne snimke same po sebi nisu dovoljne da bi robot znao treba li stisnuti prste, pokazati kažiprstom ili otpustiti predmet. Zbog toga je tim razvio i model umjetne inteligencije koji uči povezivati promjene na ultrazvučnim prikazima s konkretnim položajima šake.
Istraživači navode da su palac i prsti sposobni za 22 stupnja slobode, odnosno za velik broj različitih smjerova savijanja, pružanja i zakretanja. U ultrazvučnim slikama ručnog zgloba pronašli su regije koje se mogu povezati s pojedinim pokretima. Jedne promjene odgovaraju, primjerice, ispružanju palca, druge pokretima kažiprsta, a zajedno stvaraju kartu iz koje algoritam može rekonstruirati cjelokupni položaj šake. Da bi takav model bio pouzdan, bilo je potrebno spojiti ultrazvučne slike s vanjskim snimanjem pokreta. Volonteri su zato izvodili različite geste dok su ih okruživale kamere, pa je sustav učio podudarati ono što se događa unutar zapešća s onim što je vidljivo izvana.
Takav pristup bitno se razlikuje od tri najčešća dosadašnja rješenja. Prvo su sustavi oslonjeni na kamere, koji mogu biti precizni, ali teško rade u svakom prostoru, osjetljivi su na zaklanjanje ruke i često traže pomno postavljenu opremu. Drugo su rukavice sa senzorima, koje mogu bilježiti gibanje, ali istodobno ograničavaju prirodan osjećaj i pokret korisnika. Treće su narukvice ili elektrode koje čitaju električne signale mišića. Takvi sustavi postižu napredak, no problem im je šum iz okoline i manja osjetljivost na vrlo suptilne promjene. MIT-ov tim smatra da ultrazvučno snimanje zapešća može ponuditi precizniji i kontinuiraniji uvid u mehaniku pokreta, upravo zato što ne registrira samo površinski signal, nego morfologiju tkiva u stvarnom vremenu.
Od laboratorijske demonstracije do robota koji svira i gađa koš
Demonstracije koje je MIT predstavio namjerno su jednostavne, ali vrlo efektne jer jasno pokazuju što se događa kada digitalni sustav dovoljno vjerno “prevede” ljudsku šaku. U jednom slučaju korisnik s narukvicom upravlja komercijalnom robotskom rukom. Kada osoba pokrene prste kao da svira tipkovnicu, robot te pokrete prati gotovo istodobno i izvodi jednostavnu melodiju na klaviru. U drugoj demonstraciji ista robotska ruka imitira tapkanje prstima kako bi ubacila malu lopticu u stolni koš. Poanta tih pokusa nije u samoj glazbi ni igri, nego u tome da su pokreti preneseni bežično, intuitivno i bez klasičnog ručnog upravljača.
Jednako važna je i primjena u virtualnom okruženju. Tim je razvio računalni program povezan s wristbandom, pa korisnik štipanjem prstiju, hvatanjem ili otpuštanjem može povećavati i smanjivati virtualni objekt te ga glatko premještati po zaslonu. U eri u kojoj industrija virtualne i proširene stvarnosti traži prirodnije načine upravljanja, upravo je taj dio priče možda i komercijalno najzanimljiviji. Klasični kontroleri nude pouzdanost, ali rijetko daju osjećaj da se objektom upravlja vlastitom rukom. Kamere opet pate od ograničenja prostora, osvjetljenja i zaklanjanja. Nosivi ultrazvuk ovdje se nameće kao mogući kompromis između preciznosti, prenosivosti i prirodnog osjećaja.
Zašto je prikupljanje podataka gotovo jednako važno kao i sam uređaj
Iako demonstracije privlače najveću pozornost, istraživači posebno naglašavaju još jedan cilj: izgradnju velike baze podataka pokreta šake. Trenutačna faza rada uključuje prikupljanje podataka od većeg broja korisnika različitih veličina šaka, različitih oblika prstiju i s različitim stilovima izvođenja gesta. To je ključno zato što nijedan sustav upravljanja neće biti doista široko primjenjiv ako dobro radi samo na maloj skupini ljudi slične anatomije.
U upravo opisanom istraživanju sudjelovalo je osam volontera različitih veličina šaka i zapešća. Nosili su uređaj dok su izvodili razne geste i hvatove, uključujući znakove za svih 26 slova američkog znakovnog jezika. Osim toga, držali su predmete kao što su teniska loptica, plastična boca, škare i olovka. U svim tim slučajevima sustav je, prema navodima autora, precizno pratio položaj šake. Takvi podaci imaju dvostruku vrijednost. S jedne strane služe poboljšanju samog wristbanda. S druge strane mogu postati materijal za treniranje humanoidnih robota kojima je potrebna sve sofisticiranija manualna spretnost.
Upravo tu dolazi do izražaja širi značaj rada. Ako robot treba obavljati zadatke u kojima je važna fina kontrola, nije dovoljno naučiti ga samo “uzmi” ili “otpusti”. Potrebno je znati koliko snažno stisnuti, pod kojim kutom postaviti palac, kako koordinirati više prstiju i kako prilagoditi hvat predmetu različitog oblika. Zbog toga MIT-ov tim smatra da bi ovakve ultrazvučne narukvice mogle poslužiti kao alat za masovno prikupljanje podataka o ljudskoj spretnosti, uključujući i zadatke visoke preciznosti. U izjavama koje prenosi MIT posebno se spominje mogućnost da takvi skupovi podataka jednoga dana pomognu u treniranju humanoidnih robota za delikatne zahvate, uključujući određene kirurške procedure. Takve tvrdnje, naravno, treba čitati kao razvojni smjer, a ne kao nešto što je spremno za kliničku uporabu, ali dovoljno jasno pokazuju ambiciju projekta.
Što ovaj razvoj znači za virtualnu stvarnost, robotiku i medicinsku tehnologiju
Xuanhe Zhao, profesor strojarstva na MIT-u i jedan od vodećih autora rada, ocjenjuje da bi ovakav pristup mogao imati neposredan učinak u zamjeni postojećih tehnika praćenja ruke u virtualnoj i proširenoj stvarnosti. Ta je procjena važna jer dolazi u trenutku kada se nosive tehnologije i sučelja čovjek-stroj ubrzano razvijaju, ali tržište još nije dobilo rješenje koje je istodobno dovoljno precizno, dovoljno lagano i dovoljno praktično za svakodnevnu uporabu. U širem smislu, ultrazvučni wristband uklapa se u višegodišnji MIT-ov istraživački smjer razvoja nosivog ultrazvuka. Isti laboratorij ranije je predstavio ultrazvučne “stickere” za kontinuirano snimanje unutarnjih organa i praćenje promjena u dubokim tkivima, što pokazuje da ova tehnologija nije izoliran prototip nego dio šire platforme.
To je važno i zato što se granica između medicinske tehnologije i sučelja za upravljanje sve više briše. U medicini je ultrazvuk cijenjen jer je neinvazivan i siguran. U robotici i virtualnoj stvarnosti njegova prednost je to što može pružiti dubinski uvid u gibanje tkiva bez potrebe za invazivnim zahvatom ili optičkim sustavima koji traže izravnu vidljivost. Upravo ta kombinacija otvara prostor za različite primjene: od rehabilitacije i asistivne tehnologije do videoigara, industrijskog upravljanja i daljinskog rukovanja robotima u osjetljivim okruženjima.
Ipak, između uvjerljive demonstracije i proizvoda za široku uporabu i dalje postoji niz prepreka. Hardver treba dodatno smanjiti, algoritme treba istrenirati na znatno većem broju pokreta i korisnika, a sustav mora pokazati pouzdanost izvan strogo kontroliranih uvjeta. Važno je i pitanje prilagodbe među korisnicima: koliko će uređaj trebati individualnog “učenja”, a koliko će dobro raditi odmah po stavljanju na ruku. Upravo je zbog toga zanimljivo što se u području nosivog ultrazvuka pojavljuju i druga istraživanja koja nastoje razviti takozvane generičke sustave, odnosno one koji se lakše prenose između različitih korisnika. To pokazuje da cijelo polje ulazi u fazu u kojoj više nije riječ samo o tome može li tehnologija funkcionirati, nego i može li postati dovoljno robusna za stvarni svijet.
Tko stoji iza istraživanja i kamo vodi sljedeća faza razvoja
Rad je objavljen u časopisu
Nature Electronics, a uz Xuanhea Zhaoa i Gengxija Lua među autorima su i istraživači s MIT-a te suradnici sa Sveučilišta Južne Kalifornije. Među MIT-ovim koautorima navode se Xiaoyu Chen, Shucong Li, Bolei Deng, SeongHyeon Kim, Dian Li, Shu Wang, Runze Li i Anantha Chandrakasan, dok su među vanjskim suradnicima Yushun Zheng, Junhang Zhang, Baoqiang Liu, Chen Gong i profesor Qifa Zhou. Financijsku potporu pružili su MIT, američki National Institutes of Health, National Science Foundation, američko Ministarstvo obrane te Singapore National Research Foundation kroz program Singapore-MIT Alliance for Research and Technology.
Takav popis institucija i financijera pokazuje da se rad nalazi na sjecištu više područja: temeljne znanosti o materijalima i ultrazvuku, strojnog učenja, robotike i sučelja čovjek-stroj. U tom smislu narukvica nije samo još jedan gadget, nego primjer kako se nosivi sustavi razvijaju prema sve dubljem “čitanju” ljudskog tijela. Umjesto da se računalo ili robot oslanjaju samo na ono što vide izvana, sve je više tehnologija koje pokušavaju registrirati biomehaniku pokreta iznutra, ali bez kirurškog zahvata. To je konceptualni pomak koji bi u sljedećim godinama mogao snažno utjecati na dizajn budućih sučelja.
Ako se razvoj nastavi očekivanim smjerom, korisnik bi u budućnosti mogao nositi diskretnu narukvicu i njome upravljati digitalnim objektima, radnim alatima ili robotskim manipulatorima na način koji je bliži prirodnom pokretu nego klasičnom “unosu komandi”. Za industriju virtualne stvarnosti to znači realističniju interakciju. Za robotiku otvara mogućnost finijeg daljinskog upravljanja i kvalitetnijeg treniranja humanoidnih sustava. Za područje asistivne tehnologije i rehabilitacije moglo bi značiti intuitivnije sučelje za ljude kojima standardni kontroleri ne odgovaraju. A za znanost o nosivom ultrazvuku predstavlja još jednu potvrdu da tehnologija, koja je dugo bila vezana uz bolničke uređaje i liječničke ordinacije, postupno dobiva mjesto na tijelu korisnika, u svakodnevnom pokretu i izvan klasičnog medicinskog okruženja.
Izvori:- MIT News – službena objava o razvoju ultrazvučnih “stickera” i nosivog ultrazvuka kao temelju za novije sustave upravljanja i praćenja tkiva (link)
- MIT News – službena objava o napretku MIT-ovih ultrazvučnih stikera za praćenje promjena u dubokim organima, s izjavama istraživačkog tima (link)
- Nature – komentar Chonghea Wanga i Xuanhea Zhaoa o stanju i preprekama razvoja nosivog ultrazvuka (link)
- Nature Communications – rad o prijenosnom ultrazvučnom armbandu kao kontroleru za virtualnu stvarnost, koristan za širi tehnološki kontekst područja (link)
- Zhao Lab, MIT – profil istraživača Gengxija Lua i opis njegova rada na bioadhezivnim ultrazvučnim uređajima (link)
- MIT Technology Licensing Office – profil Xuanhea Zhaoa i opis istraživačkog fokusa laboratorija na spoju čovjeka i stroja (link)
Kreirano: srijeda, 25. ožujka, 2026.
Pronađite smještaj u blizini