Известный научно-фантастический писатель Артур Кларк, автор произведений «2001 год: Космическая одиссея» и «Конец детства», однажды заметил: «Любой учитель, которого можно заменить компьютером, должен быть заменён». Это высказывание, часто воспринимаемое как призыв к повсеместной замене педагогов, на самом деле подчёркивает незаменимую ценность социально-эмоциональной связи с учениками, которую формируют выдающиеся учителя, а также множество тонких навыков, которые компьютеры пока не могут легко воспроизвести. Но что, если объединить эти подходы? Что, если учитель сможет кибернетически связаться с учеником, чтобы мгновенно передать ему свои навыки в танце, дзюдо или хирургии?
Именно эту идею воплощает в жизнь разработка — сдвоенные экзоскелеты с захватом движений и тактильной обратной связью, предназначенные для обучения музыке.
Революция в обучении: тактильная связь в действии
В недавней статье, опубликованной в журнале Science Robotics, Александра Михалко из Гентского университета в Бельгии, Франческо Ди Томмазо из Биомедицинского университета Кампус (UCBM) в Риме и их коллеги из различных учреждений подробно объясняют, почему их экзоскелетная система так эффективно способствует синхронизации выполнения задач, тем самым значительно улучшая процесс обучения.
Когда люди осваивают физические задачи, будь то бросок мяча, каллиграфия или пайка микросхем, они, как правило, полагаются на зрение, имитируя действия опытного наставника. Однако этот метод имеет ограничения. Что, если у ученика плохое зрение? Или если он прекрасно видит, но не может рассмотреть учителя из-за плохого освещения или неисправной веб-камеры во время дистанционного занятия? А что, если точные движения слишком тонкие или скрыты под сложными углами, как, например, при медицинских процедурах глубоко внутри тела, что делает их невидимыми для любого глаза?
Экзоскелетная система, разработанная Михалко и её командой, учит через прикосновение. Это схоже с тем, как спортивные тренеры, музыкальные педагоги и другие наставники испокон веков интуитивно корректировали положения тел и конечностей своих подопечных. Однако, как отмечают авторы исследования, несмотря на то что «тактильная обратная связь обеспечивает прямой, неявный канал для сенсомоторной коммуникации, её вклад в тонкую координацию движений при совместных действиях остаётся в значительной степени неизученным».
Именно поэтому команда Михалко использовала «мощь тактильной коммуникации, реализованную через двусторонне связанные носимые роботы».
Эксперимент со скрипачами
Для проверки своей гипотезы исследователи провели эксперимент с участием 20 дуэтов скрипачей (10 пар профессионалов и 10 пар любителей), которые играли вживую в четырёх различных условиях:
- музыканты слышали друг друга;
- музыканты слышали и видели друг друга;
- музыканты слышали друг друга и тактильно ощущали движения друг друга через экзоскелет;
- музыканты слышали и видели друг друга, а также ощущали движения через экзоскелетное соединение.
Экзоскелеты, обеспечивающие движение верхних конечностей с двумя степенями свободы, использовали датчики, которые передавали точные данные о захвате движений и усилий между партнёрами. Когда движения не совпадали, сервомоторы корректировали положение каждого игрока, способствуя синхронным и естественным движениям.
Примечательно, что все скрипачи впервые столкнулись с экзоскелетами, и никто из них не знал, что они были связаны тактильно. Тем не менее, эта связь «значительно улучшила пространственно-временную координацию и динамическое музыкальное согласование». Проще говоря, кибернетически связанные экзоскелеты помогли скрипачам точнее выравнивать руки и смычки, особенно когда музыканты могли видеть и слышать друг друга.
Мнения экспертов и перспективы
По словам Доменика Формика, координатора проекта и одного из авторов из лаборатории NeXTlab UCBM, «мы вступаем в эру, когда роботы могут посредничать в физической коммуникации между людьми совершенно новыми способами. Это исследование — первый шаг к системам, которые физически соединяют людей, улучшая их координацию, обучение и реабилитацию».
Соведущий автор исследования и постдокторант Франческо Ди Томмазо из Исследовательского центра передовой робототехники и персонализированных технологий (CREO Lab) при UCBM, идёт ещё дальше. Он поясняет: «Тактильное или кинестетическое восприятие предоставляет информацию принципиально иным образом, чем зрение. Оно физическое, прямое и немедленное. Наши результаты показывают, что человеческая моторная система может очень эффективно интегрировать эту информацию даже у высококвалифицированных артистов».
Ценность новой технологии для человечества определяется несколькими факторами. Она может как нивелировать человеческий труд, так и ускорить реальное обучение, предоставляя людям больше возможностей и времени для самореализации, вместо того чтобы тратить огромные ресурсы на освоение навыков. Представленный кибернетически связанный экзоскелет UCBM, по мнению исследователей, определённо относится ко второй категории.
Широкий спектр применения
Конечно, экзоскелеты имеют бесчисленное множество применений, помимо этой замечательной новой возможности. Они могут помогать пожилым людям восстанавливать подвижность, увеличивать силу работников по уходу и промышленных рабочих, повышать выносливость верхней части тела и дальность подводного плавания, расширять возможности для пеших походов, поддерживать ходьбу у пациентов с болезнью Паркинсона и парализованных людей.
Добавление тактильной обратной связи, в том числе с использованием виртуальной реальности, предлагает ещё более глубокие возможности применения.
По мере того как инноваторы будут развивать технологию от громоздких экзоскелетов к более компактным устройствам, напоминающим плотно прилегающие костюмы для захвата движений, но с немоторизованной тактильной стимуляцией (например, вибрации, как в мобильном телефоне или игровом контроллере), другие формы тактильного обучения будут способствовать приобретению крупной моторики в танцах и боевых видах спорта, а также мелкой моторики в изобразительном искусстве и хирургии, или улучшению речи с использованием сенсорных стимуляторов, крепящихся во рту, в логопедической терапии.
«Эти носимые роботы, — отмечает дизайнер экзоскелета и соавтор Никола Витиелло из Биоробототехнического института Высшей школы Сант-Анна в Понтедере, Италия, — могут поддерживать совместное обучение, моторное развитие и даже реабилитацию, когда терапевты и пациенты могут быть физически связаны».
Источник: UCBM
