פיתוח ישראלי חדש מפיח תקווה בקטועי יד: צוות חוקרים מהטכניון הצליח לפתח יד תותבת רובוטית המאפשרת למשתמשים בה לבצע פעולות עדינות כמו הקלדה על מקלדת ונגינה בפסנתר. על אף שהמחקר עוד נמצא בתחילתו, הנתונים כבר מעודדים. הכוונה היא להמשיך ולשפר את יכולותיה של היד ועל ידי כך לשנות את חייהם של קטועי יד אשר להם עד היום טרם נמצא מענה מספק.
צפו ביד התותבת בפעולת נגינה על פסנתר:
היד הביונית של הטכניון - הדגמה על נגינה בפסנתר
את המחקר מוביל דין צדוק, דוקטורנט בפקולטה למדעי המחשב ע"ש טאוב בטכניון. "אנו מתעסקים בפיתוח טכנולוגיות כדי להעצים את מגוון הפעולות הניתנות בימינו על ידי ידיים רובוטיות או תותבות רובוטיות", הוא מסביר. "היום אנשים הזקוקים מסיבה מסוימת ליד תותבת אינם יכולים לרכוש יד שמסוגלת לעשות יותר מרק לתפוס אובייקט ולהרים או להחזיק אותו. אנחנו מחפשים להבין את התנועות שאותן הבן אדם מנסה לבצע בצורה כזאת שתאפשר לנו לייצר אלגוריתמים שמסוגלים להפעיל ידיים רובוטיות, ולבצע משימות יומיומיות שלא היה ניתן לבצע עד היום".
בשלב הראשוני מטרת צוות החוקרים הייתה לייצר יד אשר מסוגלת לבצע פעולות של מוטוריקה עדינה, דבר אשר היום אינו אפשרי. הפעולה שבה התרכזו החוקרים היא הקלדה. "זו פעולה יומיומית שאנחנו כבני אדם מבצעים המון בצורה שהיא מובנת מאליה ולא מעריכים את המורכבות שבה", אומר צדוק. "אנשים שנעזרים בידיים רובוטיות לא יכולים להקליד מלבד לכופף אצבע באופן ידני ולהקליד איתן אחת אחרי השנייה בצורה שמקשה על פעילות יומיומית. החלטנו להראות שאנו מסוגלים לבצע את פעולת ההקלדה באופן רציף, כמו נגינה על פסנתר, למשל".
מאיפה הגיע הרעיון?
"עשיתי תואר ראשון במדעי המחשב בטכניון. במסגרת התואר התעסקתי בנושאים של בינה מלאכותית והייתי חלק מפרויקט מאוד גדול של נהיגה אוטונומית עבור רכב פורמולה. בגיל 18 הייתה לי תאונה עם היד, וכמעט איבדתי אותה. היום תודה לאל אין לי שום בעיה. אמנם אני עם פלטינות, אך למזלי לא איבדתי אף פעולה עצבית.
"בעקבות זאת, לפני שהתחלתי את התואר השני שלי, החלטתי שאני רוצה לקחת את עצמי לכיוון היותר רפואי, להתרכז בנושאים שבין אדם למכונה ולנסות לתרום את הידע בבינה מלאכותית לנושאים רפואיים שיוכלו להועיל לאדם. יצא לי קצת לחפש ולהיתקל בנושא הזה של ידיים תותבות וחוסר המענה שלהן עבור משימות יומיומיות. כשמסתכלים על זה מנקודת מבט של אדם שאינו חלק מהתחום, מבינים כמה רחוקה הטכנולוגיה מהציפייה האנושית".
דין צדוק: "אנו מלבישים על היד הרובוטית חיישן, אשר באמצעות אולטרסאונד מנתח את תנועת השרירים של היד על ידי הסתכלות על נתוני השרירים. השימוש הנפוץ שכולנו מכירים הוא שימוש בחיישן על גבי בטן הריונית. אנחנו לוקחים את התמונות האלה, שלרוב נעשה בהן שימוש לאבחנה אנושית, ונותנים אותן לאלגוריתם על מנת שיסיק מהן את הפעולות של האצבעות"
על מנת להפוך את החזון למציאות, חבר צדוק לפרופ' אלון וולף, ראש המעבדה לביומכניקה והנדסת מכונות בטכניון. "היה לו שיתוף פעולה רב שנים עם עמותה שנקראת 'Haifa3D', המפתחת עזרים לבעלי מוגבלויות ואנשים שזקוקים לכל מיני פתרונות שאפשר להדפיס באמצעות הדפסות תלת ממד", הוא מספר. אליהם הצטרפו שני חברי סגל נוספים מהפקולטה למדעי המחשב – פרופ' אלכס ברונשטיין וד"ר אורן זלצמן, המומחים בנושאים של למידה חישובית ורובוטיקה.
צדוק מספר על תהליך העבודה המורכב: "במהלך התואר השני שלי הצלחנו לפתח את היכולת המעשית לשחזר תנועות מתוך שרירי הגפה עבור בנאדם שלא עבר פגיעה עצבית או כירורגית. רצינו לראות אם למערכת בכלל קיימת היכולת להסתכל על התנועות אותן מבצע אותו אדם ולשחזר אותן.
"אנו מלבישים על היד הרובוטית חיישן, אשר באמצעות אולטרסאונד מנתח את תנועת השרירים של היד רק על ידי הסתכלות על נתוני השרירים. על ידי כך הוא מנסה להבין מה השרירים מנסים לבצע ברמת הגפה עצמה – להבין איפה האצבעות נמצאות ואיזה פעולות הן מנסות לעשות באמצעות ההבנה של המיקום המדויק שלהן. השימוש הנפוץ שכולנו מכירים הוא שימוש בחיישן על גבי בטן הריונית על מנת לצפות בעובר. אנחנו לוקחים את התמונות האלה, שלרוב נעשה בהן שימוש לאבחנה אנושית, ונותנים אותן לאלגוריתם על מנת שיסיק מהן את הפעולות של האצבעות".
על מנת לבנות את המערכת השתמשו צוות החוקרים ביד קיימת שהייתה פרויקט קהילתי של עמותת Haifa3D, שנבנתה על מנת להציע מענה לאנשים שאין להם את היכולת הכלכלית לקנות יד רובוטית. פיתוח האלגוריתם כלל איסוף דאטה ממתנדבים שהסכימו להגיע ולתרום מזמנם למחקר. "כל התהליך הזה לקח בין שנה וחצי לשנתיים", מספר צדוק.
בדרך היה עליהם לפתור לא מעט אתגרים. "כשייצרנו את האלגוריתם המאפשר לנו להבין מה הידיים עושות, היינו צריכים להפוך אותו לכזה שיוכל לעבוד לאורך זמן. זאת אומרת, אם הלכתי הביתה והשארתי את היד לנוח וקמתי למחרת ולבשתי עוד פעם את החיישן – האם האלגוריתם יעבוד או לא? פיתחנו יכולת שמאפשרת לנו ממש להכליל את הפעלת האלגוריתם לאורך זמן. כזו שגם אם אני אגיע יום-יומיים או שבוע אחר-כך, אוכל להלביש את המערכת על עצמי והיא עדיין תעבוד. זה משהו שלא עשו עד היום".
2 צפייה בגלריה
"לתרום את הידע בבינה מלאכותית לנושאים רפואיים". דין צדוק, חוקר, הפקולטה למדעי המחשב בטכניון
ומה עם חיי סוללה?
"האולטרסאונד שאנחנו משתמשים בו הוא אולטרסאונד רפואי-נייד, כזה שיש בו עדיין מגבלות טכנולוגיות והוא אינו מותאם לעבודה יומיומית מלאה, אלא לזמן קצר יחסית בהתאם למגבלות האנרגיה שלו. עם זאת האבטיפוס שבנינו מבוסס על הרעיון שהכל מתבצע באופן אלחוטי עם סוללות לבישות. גם היד שאנחנו משתמשים בה היא יד שמבוססת על סוללה. על מנת להניע את המנועים שלה אין שום צורך ביחידה נפרדת או משהו שמהווה נטל".
לרתום גם את פצועי המלחמה
על אף החדשות המבטיחות, דרך ארוכה מחכה עוד לצוות החוקרים. "המטרה היא שבהמשך הדרך, כשנסיים את האתגרים שעומדים בפני הדוקטורט שלי, המערכת תותאם לכל בנאדם שעבר קטיעה מסוימת מתחת למרפק, אך כזו שעדיין משאירה פעילות כלשהי של השרירים", אומר צדוק. "כרגע אני בתחילת הדוקטורט שלי, שבו אנחנו מתרכזים במספר משימות תיאורטיות שבסופן אנו רוצים להגיע ליעד שכרגע הזכרתי.
"המשימות האלו כוללות גם את היכולת למעבר בין בנאדם אחד לאחר. כיום גם הפתרון שלנו וגם פתרונות קודמים מצריכים דאטה מהבנאדם שלובש את היד או לכל הפחות איזשהו תהליך כיול שמגדיר את איך שהיד צריכה לעבוד לפני שמתחילים לעבוד איתה. אחת מהמשימות היא לייצר את האלגוריתם שמסוגל לתרגם פעילות שרירים של בנאדם אחד לבנאדם אחר".
כבר יש ניסויים קליניים?
"הניסויים שקיימים כיום התבצעו רק על אנשים בריאים. בחצי שנה הקרובה אנחנו מתכננים להתחיל את הניסויים עם מספר אנשים שעברו פגיעות ביד שכבר הביעו את הסכמתם להשתתף במחקר".
גם פצועי המלחמה ישתתפו?
"כן, באופן חד-משמעי. האתגר הוא שאנשים שעברו קטיעה צריכים לעבור איזשהו תהליך שיקומי של בין 12-6 חודשים לכל הפחות. לאחר התהליך הזה ניתן לעבוד איתם עם עזרים חכמים להפעלה של השריר מחדש. כרגע אנחנו מדברים עם צוותי שיקום ומנסים להבין את הבעיות שנוצרו מ-7 באוקטובר, אבל אנחנו עוד לא שם – גם מבחינה נפשית וגם מבחינה רפואית".
יש לך תחזית לעתיד?
"אחת מהבעיות שלדעתי קיימות היום באוכלוסייה עצמה היא הפער בין הציפייה האנושית אצל אלו שלא מכירים את הטכנולוגיות מקרוב לבין אלו שניגשים לטכנולוגיות האלו ומגלים את הפערים לבין מה שאנחנו רואים בסרטים לעומת המציאות. הפער מאוד גדול ואני מצפה מיותר אנשים בעתיד להיות חלק מתחומי המחקר האלה, בין אם אלה סטודנטים חדשים, אנשי תעשייה או מתנדבים קהילתיים.
"אני מאמין שככל שההשקעה בתחום תגבר נגיע למצב שהפונקציונליות של הידיים תהיה טובה יותר, הידיים יהיו נוחות יותר ונתקרב למה שאנחנו רואים בסרטים. בעשור האחרון בוצעו מספר פריצות דרך בתחום המחקר עם שימוש באולטרסאונד לביש, בין אם שלנו ובין אם בנושאים נוספים. אני בטוח שאלה יובילו לעידן חדש בעשור או שניים הקרובים, שבו נראה מגמת שיפור גבוהה יותר".
