Schulung eines querschnittsgelähmten Patienten mit einem Exoskelett in seinem Büro im Rahmen des Projekts „Walk Again“, Prof. Gordon Cheng (Institut für kognitive Systeme, ICS, Deutschland) war überrascht. Die Patienten erlangten ein gewisses Maß an Kontrolle über die Beinbewegung zurück. Keine kleine Überraschung.
Es war 2016 und es war nur der Anfang. Vier Jahre später kann keiner dieser Patienten noch frei und ohne Hilfe gehen, aber die Straße wurde gezeichnet. Robotik kann nicht nur Menschen mit Behinderungen helfen, sondern auch den Heilungsprozess unterstützen.
Der Mensch hat in der Robotik und in den Neurowissenschaften zwei Punkte eines einzelnen Eisbergs unter Wasser gesehen.
Um bessere medizinische Geräte zu entwickeln, müssen wir tiefer gehen, um zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert und wie man es in die Sprache der Robotik übersetzt.
Schließen Sie den Stromkreis zwischen Gehirn und Maschine
In ihrem Artikel veröffentlicht in "Science Robotics" diesen MonatCheng und sein Kollege Prof. Nicolelis, einer der führenden Experten für Neurowissenschaften und insbesondere auf dem Gebiet der Mensch-Maschine-Schnittstelle, argumentieren, dass einige zentrale Herausforderungen bewältigt werden müssen, um die Fusion von Neurowissenschaften und Robotik voranzutreiben. Eine davon ist "das Schließen des Kreislaufs zwischen Gehirn und Maschine".
Was meinen sie damit?
Die Idee ist, dass die Kopplung zwischen dem Gehirn und der Maschine funktioniert, wenn das Gehirn die Maschine als Erweiterung des Körpers betrachtet.
Nehmen wir den Leitfaden als Beispiel. Während wir ein Auto fahren, denken wir nicht ständig über unsere Handlungen nach, oder? Aber wir wissen immer noch nicht, wie es wirklich funktioniert.
Nun, die Theorie der beiden Gelehrten ist, dass sich das Gehirn irgendwie an das Auto anpasst, als wäre es eine Erweiterung des Körpers. In Anbetracht dieser allgemeinen Idee wäre es großartig, wenn das Gehirn ein Exoskelett gleichermaßen betrachten würde.
Wie kann dies in der Praxis erreicht werden?
Das Exoskelett, das Cheng bisher für seine Forschungen verwendet hat, ist eigentlich nur ein großes Stück Metall, das für den Träger eher sperrig ist.
Es wird notwendig sein, ein „weiches“ Exoskelett zu entwickeln, das einfach als Kleidungsstück getragen werden kann und sowohl die Bewegungsabsichten des Benutzers wahrnimmt als auch sofortiges Feedback gibt.
Jüngste Fortschritte in Gehirn-Maschine-Schnittstellen würde die nahtlose Anpassung solcher Exoskelette an die Bedürfnisse einzelner Benutzer ermöglichen. Angesichts der jüngsten technologischen Fortschritte und eines besseren Verständnisses, wie Entschlüsseln Sie die momentane Gehirnaktivität des BenutzersDie Zeit ist reif für ihre Integration in menschenzentriertere oder besser gehirnzentrierte Lösungen.
Was würde sonst noch fehlen? Ein realistischeres Funktionsmodell für beide Disziplinen.
Um die Schwelle der Robotik zu senken und ihren Einsatz in den Neurowissenschaften zu fördern, werden daher Roboter benötigt, die näher an der menschlichen Struktur und dem menschlichen Verhalten liegen. Deshalb brauchen wir realistischere Funktionsmodelle, was bedeutet, dass Roboter in der Lage sein sollten, menschliche Eigenschaften nachzuahmen.
Nehmen wir das Beispiel humanoider Roboter, die von künstlichen Muskeln angetrieben werdenoder mit "Haut" versehen, wie die, die Cheng experimentiert seit Jahren. Diese natürliche muskelimitierende Konstruktion anstelle der herkömmlichen motorisierten Aktivierung würde Neurowissenschaftlern ein realistischeres Modell für ihre Studien liefern.
Es ist eines von vielen möglichen Beispielen für Win-Win-Situationen, die in Zukunft eine bessere Zusammenarbeit zwischen Neurowissenschaften und Robotik ermöglichen werden.
Neurowissenschaften und Robotik: eine Task Force
Cheng und Nicolelis sind nicht allein in der Mission, diese Herausforderungen zu meistern. In Deutschland kombiniert ein erstes und einziges Programm namens Elite Graduate in Neuroengineering experimentelle und theoretische Neurowissenschaften mit einer gründlichen Ingenieurausbildung und bringt die besten Studenten auf diesem Gebiet zusammen.
Vielseitigkeitstraining wird ein entscheidender Faktor sein. Die Kombination der beiden Disziplinen Robotik und Neurowissenschaften ist eine schwierige Aufgabe. Daher ist es notwendig, den Schülern beizubringen, breiter und transversaler zu denken, um unvorstellbare Lösungen zu finden.
Die Zukunft beginnt mit einer neuen wissenschaftlichen Gemeinschaft und einer neuen Kultur im Bereich Ingenieurwesen und Robotik.
Hier treffen sich Robotik und Neurowissenschaften unter Wasser, den beiden Spitzen desselben Eisbergs.
In Ausbildung.
Referenzen: Gordon Cheng, Stefan K. Ehrlich, Michail Lebedew, Miguel AL Nicolelis. Wissenschaftsrobotik, 2020; 5 (49): eabd1911 DOI: 10.1126/scirobotics.abd1911
