Современные протезы становятся все более автономными благодаря искусственному интеллекту, но высокая технологичность не всегда гарантирует удобство. Главная проблема заключается в способности мозга признать внешний объект частью тела.
Секрет «оживления» протеза: как скорость роборуки влияет на мозг
Исследователи из Технологического университета Коти применили виртуальную реальность, чтобы выяснить, при каких условиях роботизированный протез начинает восприниматься человеком как собственная плоть. Ученые установили, что ключевым фактором «принятия» искусственной конечности является скорость ее движения: наиболее естественным и комфортным мозг считает движение, занимающее ровно одну секунду.
В виртуальной реальности участники воплощали аватара, левое предплечье которого было заменено автономным протезом руки, который сгибался в направлении цели с различной скоростью движения. Toyohashi University of Technology
Иллюзия резиновой руки. В основе этого исследования лежит феномен «иллюзии резиновой руки», адаптированный под цифровой век. Мозг обладает поразительной нейропластичностью и готов «усыновить» любой предмет, если сигналы от него приходят синхронно с визуальными стимулами. Но при использовании ИИ возникает конфликт: рука движется сама, и если ее темп не совпадает с внутренним ожиданием, возникает эффект «зловещей долины» — подсознательная тревога из-за того, что объект выглядит почти как живой, но ведет себя механически странно.
В ходе эксперимента добровольцы в VR-шлемах управляли виртуальным аватаром, чье предплечье было заменено механическим манипулятором. Роборука выполняла захват цели с разной скоростью: от молниеносных 125 миллисекунд до медленных 4 секунд.
Результаты показали, что крайности вызывают у пользователей отторжение. Слишком быстрые движения пугали и провоцировали дискомфорт, а чрезмерно медленные казались утомительными и чужеродными. Только при достижении «золотой середины» в 1 секунду участники сообщали о максимальном чувстве контроля и телесного единства с устройством.
Перед участником был установлен физический столб, который был сопоставлен в виртуальной реальности, чтобы предотвратить прямое достижение цели и обеспечить, чтобы захват цели зависел от сгибания протеза руки.
Это открытие критически важно для проектирования систем, которые будут помогать людям в повседневной жизни, не вызывая у них психологического отторжения. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.
Будущее антропоморфных интерфейсов
Дизайнеры высокотехнологичных конечностей долгое время стремились к достижению максимальной точности и быстродействия, но человеческая психика диктует свои правила. Роботизированная рука, работающая по принципу полуавтономного помощника, должна имитировать естественный человеческий ритм, чтобы пользователь не чувствовал себя оператором сложной машины.
«Суть не только в том, чтобы сделать протезы быстрее или точнее. Для протезов с поддержкой ИИ, обеспечивающих автономную помощь, разработчики должны учитывать время движения, которое соответствует естественным ожиданиям человеческого мозга», — отмечают авторы работы.
Экзоскелет с 2 дополнительными руками. Две роботизированные руки могут действовать автономно, но можно их пристегнуть к запястьям пользователя, что дает удаленному оператору больше контроля над движениями рук пользователя, так можно помочь человеку научиться играть на ксилофоне.
Эти выводы выходят далеко за рамки классического протезирования. Полученные данные могут быть применены при создании экзоскелетов и дополнительных роботизированных рук, которые расширяют возможности здорового человека.
Если искусственный орган движется в такт с биологическим ритмом владельца, порог вхождения в технологию снижается, а эффективность взаимодействия растет. В дальнейшем ученые планируют изучить, как длительное использование гаджетов влияет на восприятие: возможно, со временем мозг привыкает и к более высоким скоростям, полностью стирая грань между биологией и металлом.