Phát triển thuật toán cải tiến robot phục hồi chức năng cho người đột quỵ

Một nhóm các nhà khoa học gồm TS Tâm Bùi (Viện Công nghệ Shibaura Nhật Bản), TS Trung Nguyễn (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) và TS Hà Phạm (Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội) đã đề xuất một thuật toán nhằm cải thiện các chuyển động của cánh tay robot phục hồi chức năng cho những người đang tiến hành vật lý trị liệu sau đột quỵ.

Linh Anh
Anh L
22:41 28/09/21 trong Khoa học và công nghệ
22:41 28/09/21 158 lượt xem
Mục lục
Đột quỵ là một vấn đề lớn ở các quốc gia có dân số già như Nhật Bản - nơi nguy cơ đột quỵ có thể lên đến 20% ở độ tuổi trung niên. Nó là một trong những nguyên nhân chính gây mất và hạn chế chức năng vận động. Y học thể chất và phục hồi chức năng hợp lý có thể giúp phục hồi chức năng ở các khu vực bị ảnh hưởng, nhưng phương pháp chữa trị này khá tốn kém, đòi hỏi các bác sĩ trị liệu đã được đào tạo phải dành nhiều thời gian cho một bệnh nhân. Y học phục hồi bằng robot có thể giúp giải quyết phần nào vấn đề này.
 
Một vấn đề lớn trong việc thiết kế robot đó là bài toán ‘chuyển động học nghịch đảo’. Một robot phục hồi chức năng có chân tay tương tự con người và có cùng số khớp xương. Robot phục hồi chức năng chi trên sẽ có khớp vai, khuỷu tay và cổ tay. Việc mở rộng các khớp này đến một góc cụ thể sẽ giúp cánh tay di chuyển theo một cách nhất định. Tuy nhiên, hãy thử tưởng tượng số góc mà các khớp có thể uốn cong chỉ để làm một việc đơn giản như nhặt đồ vật. Chính lúc này, chuyển động học nghịch đảo xuất hiện. Nó xem xét vị trí mà cánh tay cần đi tới (vị trí và hướng kết thúc của nó) sau đó tính toán ngược lại để xác định góc mà các khớp khác nhau phải uốn để đạt được điều đó. Đây có vẻ như là một giải pháp hiển nhiên, nhưng những phép tính đằng sau nó vô cùng phức tạp. Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Artificial Intelligence Review¸ một nhóm các nhà khoa học do tiến sĩ Tâm Bùi thuộc Viện Công nghệ Shibaura (Nhật Bản) dẫn đầu đã đề xuất một thuận toán cải tiến để giải bài toán chuyển động học nghịch đảo. “Thuận toán mà chúng tôi đề xuất sẽ giúp giảm thiểu độ phức tạp và số lượng phép tính so với các phương pháp khác”, TS Tâm Bùi cho biết. 
 
Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều phương pháp tối ưu hóa nhằm giải quyết bài toán chuyển động học nghịch đảo. Chúng hướng đến giảm thiểu hoặc tối đa hóa một yếu tố (chẳng hạn như thời gian thực hiện hoặc năng lượng thực hiện). Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp hiện tại nhằm giải quyết vấn đề chuyển động học nghịch đảo không xem xét tính khả thi của các góc khớp được tối ưu hóa, nói cách khác, liệu vai, khuỷu tay và cổ tay của cánh tay người mà robot đang hỗ trợ có di chuyển giống như cách mà robot chuyển động dựa trên các phép tính hay không? TS Tâm Bùi và nhóm nghiên cứu đã tính đến trường hợp này khi họ phát triển thuật toán của mình, thuật toán mang tên “các tham số điều khiển tự điều chỉnh trong thuật toán tiến hóa vi phân với cải thiện không gian tìm kiếm” (Pro-ISADE). Cụ thể, nhóm sử dụng một phương pháp tối ưu hóa có tên là thuật toán tiến hóa vi phân (Differential Evolution - trong đó phép tính được lặp đi lặp lại cho đến khi tìm thấy giải pháp tốt nhất hoặc “tối ưu”) với không gian tìm kiếm - phạm vi góc mà các khớp robot có thể uốn cong - giảm. Việc giảm không gian tìm kiếm giúp cải thiện tốc độ tính toán của thuật toán và đảm bảo rằng các góc khớp được tính toán không làm cho robot bị mất tự nhiên. 
 
Để kiểm chứng, TS Tâm Bùi và cộng sự - TS Trung Nguyễn (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) và TS Hà Phạm (Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội) - đã sử dụng phương pháp Pro-ISADE để giải quyết bài toán chuyển động học nghịch đảo cho cánh tay con người trong hai hoạt động thiết yếu với đời sống hằng ngày: uống một cốc nước và đánh răng. Họ cũng thử nghiệm với hành động ném và bắt bóng. Đầu tiên, họ thực hiện các hoạt động bằng cách sử dụng một cánh tay chức năng và chụp các góc của cánh tay bằng một thiết bị đo lường do chính họ tạo ra - còn gọi là hệ thống chụp chuyển động của khung xương trợ lực (E-HMCS). E-HMCS được gắn vào cánh tay và chuyển đổi chuyển động của cánh tay thành tín hiệu điện tử thông qua việc sử dụng chiết áp làm cảm biến.   
 
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng E-HMCS nhằm ghi lại đường đi, vị trí và hướng cuối cùng của cánh tay khi thực hiện nhiệm vụ. Sau đó, họ đưa những giá trị này vào thuật toán Pro-ISADE để so sánh xem liệu nó có thể dự đoán chính xác những góc mà các khớp robot phải thực hiện để hoàn thành nhiệm vụ hay không. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng thuận toán Pro-ISADE đã dự đoán giá trị rất gần với các góc đo được, chứng minh hiệu quả của nó trong việc giải quyết bài toán chuyển động học nghịch đảo đối với các chuyển động tự nhiên của con người. 
 
Phát triển thuật toán cải tiến robot phục hồi chức năng cho người đột quỵ
Thông qua các thí nghiệm cho hai hoạt động sinh hoạt hằng ngày - đánh răng và uống nước, các nhà khoa học đã kiểm chứng được mức độ hiệu quả của thuật toán Pro-ISADE đối với robot phục hồi chức năng. Ảnh: Tam Bui from SIT
 
Có thể thấy, thuật toán Pro-ISADE là một công cụ tuyệt vời đối với robot phục hồi chức năng, trong đó việc bắt chước chuyển động tự nhiên của cơ thể con người là điều cần thiết nếu muốn tránh thương tích cho bệnh nhân. Theo TS Tâm Bùi, “phục hồi chức năng với sự hỗ trợ của robot giúp người bệnh có thể luyện tập với cường độ cao hơn, thời gian dài hơn và số lần tập nhiều hơn. Robot phục hồi chức năng cánh tay có thể giúp bệnh nhân sau đột quỵ nhanh chóng tái hòa nhập với cuộc sống thường ngày của họ.” 
 
Nhìn chung, thuận toán Pro-ISADE còn có thể được ứng dụng với các robot công nghiệp và robot dịch vụ, điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng to lớn của phương pháp này. 
 Theo báo tiasang.com.vn
Chương trình thực tập "Innovative Asia"

Sinh viên đã tốt nghiệp tại Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội sẽ có cơ hội du học và thực tập tại các doanh nghiệp Nhật Bản.

14:38 02/12/21 24 lượt xem
Công ty TNHH giải pháp và phát triển công nghệ HMS tuyển dụng

14:13 02/12/21 12 lượt xem
Công ty cổ phần chứng khoán VNDirect tuyển dụng

09:35 01/12/21 19 lượt xem
Data Anylytics - Nghệ thuật phân tích dữ liệu

Thời đại 4.0 ghi nhận sự nổi lên của Big Data, dữ liệu trở nên cực kỳ quan trọng với mọi lĩnh vực của thế kỷ 21. Do đó Data Analytics - ngành phân tích dữ liệu ngày càng trở thành một ngành HOT. Bất kỳ công ty nào đang muốn mở rộng quy mô dù muốn hay không cũng phải cần quan tâm đến nó.

19:50 30/11/21 21 lượt xem
Hội thảo “Định giá bản thân” của công ty LinX

21:49 29/11/21 26 lượt xem
Sinh viên Khoa CNTT lọt vào vòng thi ACM/ICPC khu vực phía Nam

ACM-ICPC (ACM International Collegiate Programming Contest ) là cuộc thi lập trình quốc tế lâu đời và danh giá nhất dành cho sinh viên các trường đại học và cao đẳng trên toàn cầu. Đây là một cơ hội cho sinh viên các trường đại học và cao đẳng thể hiện và rèn luyện các kỹ năng giải quyết vấn đề và lập trình.

11:09 27/11/21 27 lượt xem
Công ty X-Media tuyển dụng lập trình .Net

X-Media được thành lập từ 2011, có hơn 50 nhân sự, với nhiều dự án về Nội dung số, Thương mại điện tử, Nền tảng Tuyển dụng. Môi trường tại X-Media là môi trường trẻ, năng động, thân thiện, cơ hội thăng tiến cao. Phù hợp cho những bạn có năng lực và yêu thích môi trường năng động.

12:27 24/11/21 457 lượt xem
1
Tư vấn nhập học trực tuyến sinh viên đại học khóa 16
16:51 17/09/21 301 lượt xem
2
Đề án mở ngành Công nghệ Đa phương tiện
17:19 05/09/21 212 lượt xem
3
Hội thảo khoa học "Công nghệ phần mềm & Khoa học dữ liệu"
14:59 25/06/21 475 lượt xem
5
Kế hoạch đánh giá ngoài kiểm định ngành CNTT
16:18 29/03/21 466 lượt xem
FIT news 7+8/2020

Bản tin tháng 7+8/2020 về một số hoạt động của Khoa Công nghệ thông tin - ĐH Công nghiệp Hà Nội

Ngô Đức Vĩnh
Vĩnh NĐ
11:30 01/09/20 trong Bản tin Video
11:30 01/09/20 834 lượt xem
FIT news 5+6/2020

Bản tin tháng 5+6/2020 về một số hoạt động của Khoa Công nghệ thông tin - ĐH Công nghiệp Hà Nội

Quản Trị Viên
Viên QT
08:41 08/06/20 trong Bản tin Video
08:41 08/06/20 14.103 lượt xem
Fit new 5/2019

Bản tin tháng 5/2019 về một số hoạt động của Khoa Công nghệ thông tin - ĐH Công nghiệp Hà Nội

Phan Thanh Vũ
Vũ PT
10:40 31/05/19 trong Bản tin Video
10:40 31/05/19 4.192 lượt xem
Fit news tháng 4/2019

Bản tin tháng 4/2019 về một số hoạt động của Khoa Công nghệ thông tin - ĐH Công nghiệp Hà Nội

Phan Thanh Vũ
Vũ PT
10:41 01/05/19 trong Bản tin Video
10:41 01/05/19 3.825 lượt xem
Tin video - FIT News 9

Bản tin Video số 9 về một số hoạt động của Khoa Công nghệ thông tin - ĐH Công nghiệp Hà Nội

Phan Thanh Vũ
Vũ PT
09:07 09/10/18 trong Bản tin Video
09:07 09/10/18 37.093 lượt xem
Tin video - FIT News 8

Bản tin Video số 8 về một số hoạt động của Khoa Công nghệ thông tin - ĐH Công nghiệp Hà Nội

Phan Thanh Vũ
Vũ PT
13:54 03/09/18 trong Bản tin Video
13:54 03/09/18 23.542 lượt xem
Hội thảo – CNTT đóng vai trò quan trọng "Giảm đói nghèo"

Thứ trưởng Bộ Kế hoạch và Đầu tư Nguyễn Thế Phương cho biết Việt Nam đã cam kết đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong công tác giảm đói nghèo và phát triển bền vững.

23:42 04/01/18 75.344 lượt xem
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
 Tầng 6, nhà A1, Số 298 đường Cầu Diễn, Phường Minh Khai, Quận Bắc Từ Liêm, Thành Phố Hà Nội.
 Điện thoại: 84.4.7655391 (số máy nội bộ: 251, 253, 830, 831)
 Fax: 84.4.7655261
 Email: fit.haui.edu@gmail.com
 Website: fit-haui.edu.vn
FANPAGE FACEBOOK
Hotline
+84.4.7655391
Zalo
+84.4.7655391
Viber
+84.4.7655391
Youtube
https://www.youtube.com/channel/UCUv7NU3iEAt3NHtXaJGVXaw
Twitter
Facebook
http://facebook.com/FITHaUI
Facebook
http://facebook.com/FITHaUI
Instagram