Автомобиль, управляемый силой мысли
- Наш нейромобиль, как мы его называем, будет способен выполнять команды даже полностью обездвиженного человека, — заинтриговал проректор по научной работе Нижегородского госуниверситета им. Н. И. Лобачевского Виктор Казанцев.
Нижегородские учёные разработали нейромобиль для инвалидов, который способен вывести жизнь людей с ограниченными возможностями на принципиально новый уровень. В нём нет ни педалей, ни руля, ни джойстиков. Инновационное транспортное средство обещает сделать инвалидов более мобильными и позволит им передвигаться на дальние расстояния. Создатели уникального автомобиля получили государственный грант в размере 250 млн рублей на разработку своего проекта.
Идею подсказали… клетки места
В нейромобиле сделан акцент на так называемом нейроуправлении. Система будет состоять из двух основных блоков. Один отвечает за анализ дорожной обстановки, включающей дорожные знаки, других участников движения – автомобили, пешеходов. Получается что-то напоминающее разработки в области беспилотного транспорта. Другой блок представляет собой гибридную систему, использующую последние достижения в сферах автоматического управления и считывания сигналов головного мозга, формирования на этой основе команд.
Первый блок с помощью технического зрения анализирует происходящее на дороге, строит картину расположения объектов. Затем вступает в игру планировщик движения. Его специалисты ННГУ рассчитывают реализовать с помощью так называемых виртуальных нейронных сетей. Это двухмерная карта, в которой каждому нейрону соответствует определённая точка пространства. В точке, которая соответствует месту расположения автомобиля, генерируется электрическое возбуждение, распространяемое по всем нейронам виртуальной карты. В результате система показывает, какие траектории движения возможны с учётом складывающейся обстановки. Это первое ноу-хау, которое нижегородские учёные намерены реализовать в проекте нейромобиля. Оно основано на открытии так называемых клеток места, за которое недавно была присуждена Нобелевская премия. У всех животных и у человека в головном мозге находятся клетки, которые активируются при нахождении его в определённой точке пространства. Скажем, если человек стоит в одном углу комнаты, активируются одни клетки, если он переходит в другой угол – другие. В разработке нейромобиля используется этот принцип.
Таким образом виртуальные нейронные сети, которыми будет оборудован нейромобиль, представляют некое подобие участка головного мозга. Активность, распространяющаяся в виртуальной аппаратной карте, симулирует процессы, происходящие в головном мозге человека. Система предлагает пилоту на выбор различные варианты траектории движения автомобиля.
Понимает человека без слов
После того как эта система-ассистент выдала свои варианты движения, они визуализируются с помощью инструментов дополненной реальности. Самый простой – известные всем обычные очки дополненной реальности. Рассматриваются и другие способы, в том числе проекция на внутреннюю поверхность лобового стекла автомобиля. Пилот сам выбирает подходящее из вариантов, предложенных системой. Если же ни один из вариантов не удовлетворяет, он самостоятельно принимает решение. Это решение передаётся автомобилю следующим образом. Умная система управления нейромобилем отслеживает движение глаз, поворот головы, мышечные сокращения, нейросетевую активность. Такие сигналы показывают намерение человека, куда он хочет двигаться. То есть для того, чтобы автомобиль выполнил его команду, пилот не обязан давить на педали, нажимать на кнопки…
Всё за него делает автоматика, «обученная» понимать его даже не с полуслова, а по едва заметным движениям.
- В идеале, к которому мы стремимся, в нейромобиль вкатывают тележку с полностью парализованным человеком, который сможет самостоятельно управлять этим умным транспортным средством, – резюмирует Виктор Казанцев.
Другое новшество, используемое в проекте, – бестрасмиссионная платформа с интегрированными асинхронными мотор-колёсами, набирающая сегодня широкую популярность. В этой разновидности электроприводных автомобилей каждое колесо одновременно служит приводом. Внутри колеса расположен электромотор. Поступающий на него ток заставляет колесо вращаться. Такая система более энергоэффективна по сравнению с традиционной, использующей дополнительные элементы передач, например, трансмиссии.
На стыке наук
- В проекте нейромобиля используются наработки университета в области нейроинтерфейсных решений, интерфейсной системы управления техническим средством, — уточнил проректор по науке ННГУ. — Задел составляют практически все наши прежние проекты, в том числе недавно представленный министру промышленности и инноваций Денису Мантурову экзоскелет. А главное — за последние годы сложилась команда, обладающая нужными для работы в сфере нейронаук компетенциями.
Над темой нейромобиля работают сотрудники лабораторий центра трансляционных технологий, подразделения Центра инновационного развития ННГУ. Совместно трудятся специалисты различных отраслей знания – биологи, медики, физики, механики… Принимает участие и профессор Нижегородского и Московского университетов Александр Каплан. Его лаборатория нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов биологического факультета МГУ также задействована в проекте.
К 2019 году должен быть готов экспериментальный образец нейромобиля. Далее дело за индустриальным партнёром ННГУ — Тольяттинским заводом высокоточных деталей (ООО «ЗВД»).
Справка
Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского стал победителем в конкурсном отборе Министерства образования и науки Российской Федерации по проектам, направленным на проведение прикладных научных исследований и экспериментальных разработок и получение результатов, необходимых для решения научно-технических (научно-технологических) проблем (задач) в рамках одного из приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации, определённых стратегией научно-технологического развития.
Учёные университета им. Лобачевского выиграли конкурс на предоставление субсидий из федерального бюджета с проектом «Создание нейропилотируемого транспортного средства для маломобильной категории граждан (нейромобиль)» в сумме 250 млн рублей. Дата начала работ — 19 октября 2017 года. Срок реализации проекта — до 31 декабря 2019-го.
Соисполнителем проекта является ЦНИИ робототехники и технической кибернетики, г. Санкт-Петербург. Индустриальным партнёром проекта стало ООО «ЗВД», г. Тольятти.
