Chip steuert künstliches Gelenk
Der denkende Chip
Viele Menschen, denen Gliedmaßen amputiert wurden, sind im Normalfall in der Lage, die Muskeln im verbliebenen Teil der betroffenen Gliedmaße willentlich zu steuern. Die von jenen Muskeln
produzierten elektrischen Signale werden durch ein
Elektromyogramm aufgezeichnet. Auf diese Weise
werden gewöhnlich Prothesen in Echtzeit kontrolliert.
Jetzt haben japanische Forscher von der Universität
Tsukuba einen "anpassungsfähigen Hardware"-Chip
konstruiert. Dieser Chip ist in der Lage die Muskelsignale unterschiedlichster Menschen zu verarbeiten. Die Verbindungen zwischen seinen "logic gates" sind rekonfigurierbar und werden durch eine Datensequenz festgelegt, die veränderbar ist.
Das besondere an dem Chip ist vor allem die Art und
Weise wie die Daten verarbeitet werden und wie die
daraus sich ergebende Performance entwickelt wird.
Ein genetischer Algorithmus sucht unaufhörlich nach der optimalen Lösung und Anpassung an die jeweiligen Umstände.
Beste Performance durch genetischen Algorithmus
Das neue an dem Chip ist seine Art, ähnlich der Evolution neuer Lebensformen, anhand eines genetischen Algorithmus unaufhörlich neue Datensequenzen zu hervorzubringen. Die Sequenz dieser Daten, die eine logische Anordnung beschreiben, können wie genetische Algorithmen behandelt werden, d.h. sie mutieren und verändern sich um eine optimale Konfiguration und Performance zu erzielen, sozusagen um optimale Überlebenschancen zu erreichen. Dieser Prozess durchläuft soviele Durchgänge bis die Konfiguration des Chips das effektivste Design für die Bewältigung der jeweilige Aufgabe entwickelt hat.
Fortwährende Optimierung
Der Chip entwickelt fortwährend den otimalen Output. In jedem Fall wird die Evaluation durch die Genauigkeit mit der der Output der Handbwegung sich dem erwarteten Outputmuster für ein spezielles Muskelsignal anpasst, bestimmt.
Das Training der Hand erfolgt durch Messen der Muskelsignale, während der Patient bestimmte Bewegungen ausführt. Wird die Hand bewegt so antwortet das System mit einem "Schlüssel" für die folgende Bewegung.
Was diesen Forschungsansatz so effektiv macht, schildert Isamu Kajitani von der Universität Tsukuba, " ist die Anpassung des Chips an die sich während der Degeneration eines Muskels verändernden Signale".
Bis jetzt wurde der Chip nur in Simulationen erfolgreich getestet, doch die Forscher sind bereits auf der Suche nach Patienten, mit denen sich klinische Tests durchführen lassen. Die dabei verwendete Hand ist multifunktional, sie ermöglicht dem Patienten, sie auf vielfältige Art zu bewegen und einzusetzen.
Machine Intelligence & Biomedical Engineering Laboratory, University of Tsukuba