Bionics và IoT: Man Machines

Hầu hết mọi người nghĩ về khoa học viễn tưởng khi họ nghe thấy từ “cyborg”. Nhưng chúng ta không phải đi xem phim để tìm các ví dụ về các cải tiến của con người được mô tả ở đây là Bionics và IoT. bài viết bởi Rainer Claassen.

Bionics là gì

Bionics là sự sao chép của các hệ thống sinh học bằng hệ thống cơ học và điện tử. Bác sĩ và nhà nghiên cứu Jack Steele đã đặt ra thuật ngữ  bionics  vào năm 1958 để mô tả nghiên cứu về các  sinh vật sinh học để giải quyết  các vấn đề kỹ thuật.

Trong những năm gần đây, những tiến bộ trong thiết bị điện tử cá nhân đã thúc đẩy những phát triển mới trong ngành sinh học. Ngày nay, bàn tay nhân tạo đang được chế tạo với các cảm biếntrong tầm tay có thể theo dõi và điều chỉnh độ mạnh của tay cầm. Năm 2018, các kỹ sư của IBM đã trình diễn giao diện máy não kết hợp các thuật toán học sâu với các thành phần hệ thống thương mại ( COTS ) để huấn luyện một cánh tay robot hoạt động bằng suy nghĩ.

Bionics thường bị nhầm lẫn với điều khiển học , nghiên cứu về các cơ chế điều khiển trong hệ thống của con người và máy móc. Trong khi  mục đích của sinh học là khám phá những ý tưởng mới để xây dựng các hệ thống cơ học và điện tử, thì điều khiển học tập trung vào việc tìm kiếm lời giải thích cho hành vi của một sinh vật sống.

Bionics đôi khi cũng bị nhầm lẫn với kỹ thuật sinh học, trong đó đề cập đến việc sử dụng các sinh vật sống để thực hiện các nhiệm vụ công nghiệp. Ví dụ, sử dụng vi khuẩn trong pin giấy để cung cấp năng lượng điện sẽ được coi là một tiến bộ trong kỹ thuật sinh học, chứ không phải sinh học.

Sự phối hợp giữa Bionics và IoT

Con người đã sử dụng các công cụ kể từ khi những người homo sapiens đầu tiên bước xuống từ cây của họ và bắt đầu đi bộ. Một lý do rõ ràng là con người yếu đuối không có nhiều nhiệm vụ, vì vậy họ cần các công cụ như một phần mở rộng khả năng của chính họ.

Các tác giả khoa học viễn tưởng đã mơ mộng về điều này trong nhiều thập kỷ và bằng cách tạo ra các nhân vật như Robocop, Iron Man hay thậm chí Darth Vader, các nhà văn đã giới thiệu ý tưởng của họ về khả năng siêu phàm cho phần còn lại của chúng ta để chúng được đưa vào trong tư duy phổ biến. Nhưng bây giờ, công nghệ đang đẩy mạnh hơn khi bản thân các công cụ trở nên thông minh và nhạy cảm hơn, nhờ đó, sự tưởng tượng, nhờ những tiến bộ trong các lĩnh vực như IoT, đang trở thành hiện thực.

Sinh học và IoT: ATOUN exoskeleton

Nâng tôi lên! Mẫu Y exoskeleton từ ATOUN đã được sử dụng trong kho. Nó cho phép công nhân mang vác nặng hơn và làm việc lâu hơn mà không mệt mỏi và kiệt sức

Thay thế công việc của con người bằng máy móc đã diễn ra trong hơn một thế kỷ, nhưng điều này không làm cho con người trở nên lỗi thời – không phải bởi một cú sút xa. Ngay cả những cơ sở sản xuất hiện đại nhất vẫn cần nhân công. Những lý do rất rõ ràng: con người thông minh hơn và khả thi hơn máy móc. Mặt khác, mọi người có giới hạn: họ dễ bị tổn thương; họ sớm mệt mỏi; họ mắc sai lầm ngớ ngẩn; sức mạnh và nhận thức của họ bị hạn chế.

Trong nhiều trường hợp, máy móc có thể giảm những hạn chế này – với sự trợ giúp của ròng rọc thậm chí một đứa trẻ có thể nâng tạ nặng. Nhưng công nghệ đang được phát triển ngày nay đã đi xa hơn bao giờ hết bằng cách cho phép truy cập trực quan hơn nhiều vào các công cụ mới.

Cơ bắp nhân tạo và bộ xương phụ

Một ví dụ điển hình là Bộ quần áo hỗ trợ điện năng được sản xuất bởi Công ty Nhật Bản ATOUN (một công ty con của Panasonic) và được bán dưới tên sản phẩm Model Y. exoskeleton có thể điều chỉnh cho những người có chiều cao từ 1,5 đến 1,9 mét và hỗ trợ họ nâng và mang vác nặng. Công nhân trong kho có thể dễ dàng ft họ trên quần áo làm việc của họ. Bộ xương với khung bằng sợi carbon nặng khoảng 4 kg sẽ hỗ trợ người đeo trong việc nâng và vận chuyển tất cả các loại trọng lượng.

Bộ đồ được trang bị hai bộ động cơ và cảm biến phát hiện chuyển động vòng eo của người mặc. Khi một công nhân chuẩn bị nhặt một vật nặng, bộ đồ sẽ cảm nhận được chuyển động của anh ta và đi vào hoạt động để hỗ trợ trở lại. Nó giúp giảm căng thẳng tới 10 kg, giảm nguy cơ chấn thương lưng phổ biến ở những công nhân xây dựng. Công ty Gammon Construction Limited của Hồng Kông gần đây đã mua mười bộ hỗ trợ và hiện đang tiến hành thử nghiệm trên các công trường xây dựng của mình.

Bionic và IoT: Giúp đỡ - Google Glass

Đeo Google Glass, thợ thủ công có thể nhận thêm thông tin về tác phẩm họ đang làm việc được hiển thị ngay trong chế độ xem của họ.

Y học là một lĩnh vực khác, nơi bạn có thể tìm thấy nhiều sự phát triển trong đó con người tương tác rất chặt chẽ với công nghệ. Tại Đại học Thụy Sĩ EPFL, một Trung tâm Cơ bắp nhân tạo đã được khánh thành vào tháng 6 năm 2018. Hợp tác với Bệnh viện Đại học Bern và Zurich, và với sự giúp đỡ của một khoản đóng góp 12 triệu từ Quỹ Werner Siemens, họ đang phát triển hỗ trợ tim ít xâm lấn hệ thống điều trị suy tim. Thiết bị chân tay giả tránh các biến chứng xuất huyết và huyết khối vì nó sẽ không tiếp xúc với máu. Nó bao gồm một loạt các vòng được đặt xung quanh động mạch chủ được tạo ra từ các polyme hoạt tính điện môi (DEAP) và được điều khiển bằng cảm ứng từ. Các vòng sẽ giúp tim bơm máu thông qua cảm ứng từ, giãn ra khi một dòng điện được áp dụng và ký hợp đồng khi nó bị tắt. Do các phản ứng ngay lập tức, chuyển động co thắt-thư giãn có thể được kiểm soát trong thời gian thực. Hai dự án khác sẽ theo sau: một dự án tái tạo khuôn mặt nhằm khôi phục khả năng biểu hiện của bệnh nhân và dự án phát triển cơ thắt nhân tạo bằng công nghệ hỗ trợ tim.

Bionics và IoT: DRAPA Thông tin đồ họa

Cảm xúc nhân tạo Cơ quan Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến (DARPA) hiện đang nghiên cứu các cách kết nối dây thần kinh của con người với các cảm biến kỹ thuật số. Điều này sẽ cho phép mọi người tiến hành phục hình bằng suy nghĩ – và cảm nhận bằng chân tay giả.

Bionics và IoT: Một bàn tay giúp đỡ thực sự

Một trong những tổn thương nặng nề nhất mà con người có thể gặp phải là mất một hoặc cả hai tay. Năm ngoái, chuyên gia về chân tay giả người Đức Ottobock đã mua lại bàn tay nhân tạo Bebionic từ nhà phát triển Steeper của Anh. Những bàn tay nhân tạo này được làm từ vật liệu công nghệ cao được sử dụng trong xe đua và thiết bị quân sự. Người đeo điều khiển chúng thông qua các chuyển động cơ bắp ở cánh tay trên. Hai cảm biến được tích hợp trong ổ cắm giả sẽ diễn giải các khái niệm của người đeo và chuyển chúng thành các tín hiệu được truyền đến các động cơ riêng lẻ trong mỗi ngón tay của bàn tay nhân tạo. Bộ vi xử lý liên tục theo dõi vị trí của mỗi fnger, cho phép kiểm soát chính xác, đáng tin cậy đối với các chuyển động của tay. Tay có 14 kiểu cầm và vị trí tay có thể lựa chọn. Nó đủ cứng để xử lý tới 45 kg, để mọi người có thể mang vác nặng hoặc đẩy mình lên khỏi vị trí ngồi. Phần mềm và công nghệ không dây nằm trong tay cơ điện giúp bạn dễ dàng tùy chỉnh các chức năng cho phù hợp với sở thích của người chăm sóc. Chức năng kẹp tự động cảm nhận khi một vật bị kẹp bị trượt và điều chỉnh độ bám để bảo vệ nó.

Người đeo chân giả phải làm quen với nó trước tiên, nhưng với việc luyện tập và luyện tập, mọi người có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp đáng kinh ngạc với sự trợ giúp của Bebionic, như buộc giày hoặc nhặt mảnh giấy. Hiện tại, các kỹ sư của Ottobock đang phát triển một mô hình với tám cảm biến sẽ cho phép người đeo kiểm soát tốt hơn và tích hợp sâu hơn. Nhưng những gì vẫn còn thiếu trong giải pháp này là một phản hồi cảm giác từ bàn tay đến não. Tại Hoa Kỳ, Cơ quan Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến ( DARPA) hiện đang làm việc dựa trên đó. Cho đến nay chỉ có các nguyên mẫu đã phát triển từ sự hợp tác của họ với tám trường đại học và phòng khám. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell đã tạo ra một dây thần kinh nhân tạo có thể cảm nhận được sự đụng chạm, xử lý thông tin và giao tiếp với các dây thần kinh khác giống như những người trong cơ thể người.

Có nhiều ví dụ về các thiết bị cơ thể công nghệ cao tìm đường vào sản xuất công nghiệp. Lấy Google Glass làm ví dụ. Sự phát triển của kính thông minh cho thị trường tiêu dùng đã bị hủy bỏ vào năm 2015. Nhưng dưới thương hiệu Càng Kính, sản phẩm hiện đang lặng lẽ thành công trong nhiều ứng dụng kinh doanh – như DHL trong lĩnh vực hậu cần và General Electric trong sản xuất, chỉ kể tên hai khách hàng. Người đeo có thể xem thông tin bổ sung về những thứ hiện đang trong tầm nhìn của họ với sự trợ giúp của cảnh tượng. Điều đó có thể tạo điều kiện làm việc trong kho, sản xuất, y tế và hậu cần.

 

Bionics và IoT: Giúp một tay - notimpossible.comNgay cả trong lĩnh vực sinh học, một thái độ tự làm có thể dẫn đến kết quả tuyệt vời. Mick Ebeling, người sáng lập ra tổ chức Không phải là không thể, đã tình cờ biết được một cậu bé 14 tuổi ở Sudan bị mất cả hai cánh tay sau vụ đánh bom năm 2013. Anh quyết định làm gì đó về điều đó – và không chỉ giúp đỡ điều này một cậu bé. Anh ta lập một nhóm và đi đến Yida để chế tạo một cánh tay nhân tạo cho Daniel – và cung cấp cho người dân địa phương phương tiện và thông tin về cách tạo ra chân tay giả cho các nạn nhân khác bị thương trong các vụ đánh bom. Cánh tay giả của bệnh viện thông thường có giá hơn 10.000 € – cái mà Mick tạo ra với sự trợ giúp của máy in 3D chỉ khoảng 100 €. Và với thiết bị và bí quyết mà nhóm của anh ta bỏ lại, người dân địa phương đã có thể chế tạo một bộ phận giả mỗi tuần sau khi tổ chức rời khỏi Yida.

Từ năm 1981, Công ty TNHH Cochlear có trụ sở tại Sydney đã giúp những người khiếm thính nghe lại. Bằng cách khuếch đại tiếng ồn và truyền rung động đến xương sọ, các thiết bị cấy ghép của công ty cho phép người khiếm thính nghe thấy tiếng nói và tiếng ồn xung quanh. Người tiên phong về máy trợ thính Đan Mạch ReSound hiện đã hợp tác với Ốc tai và phát triển cái mà họ gọi là giải pháp nghe hai tai của Hồi: một người đeo ốc tai điện tử ở một bên và bên kia là máy trợ thính. Điều này giúp tăng cường chất lượng âm thanh và cảm giác không gian cũng như khả năng nhận ra lời nói. Với sự trợ giúp của một ứng dụng điện thoại thông minh, hệ thống tích hợp hoàn hảo với hệ thống âm thanh, TV hoặc thậm chí là micrô tại các bài giảng và hội nghị.

Kết quả của dự án này cũng hữu ích cho các trường hợp sử dụng kinh doanh – cho phép giao tiếp liền mạch trong môi trường xung quanh lớn như nhà kho hoặc cơ sở sản xuất. Các ví dụ được mô tả trong bài viết này có một điểm chung: tất cả đều dựa vào các giao diện kích thích các cơ quan cảm giác ban đầu của con người. Tất nhiên, khoa học cũng đang nỗ lực khắc phục hạn chế này.

Đã có một số thí nghiệm ngoạn mục, trong đó con người có thể điều khiển máy móc thông qua các điện cực được kết nối trực tiếp với bộ não của họ. Nhưng cho đến nay không ai trong số họ đã đủ phụ thuộc để sử dụng lâu dài bên ngoài các phòng trưng bày và phòng thí nghiệm. Có vẻ như cách thức tổ chức nội tâm và cơ thể con người quá phức tạp để có thể kiểm soát bởi công nghệ hiện có ngày nay – nhưng nó đang phát triển với tốc độ đáng kinh ngạc.

Trong cuốn sách The Singularity is near, Ray Kurzweil đã viết: Mạch một ống nano ống một inch, một khi được phát triển đầy đủ, sẽ mạnh hơn bộ não của con người tới một trăm triệu lần. Chúng ta phải chuẩn bị cho những câu hỏi phát sinh khi sự tích hợp công nghệ bắt đầu vượt xa lớp ngoài cùng của da và hộp sọ của chúng tôi. Và với các ví dụ được đưa ra trong bài viết này, rõ ràng chúng ta nên làm điều này một cách nhanh chóng.

Đăng ký để nhận ebook
Đăng ký để nhận ebook "Ứng dụng IoT" từ chúng tôi.
Đăng ký để được nhận ebook "The Technical Foundations of IoT" và "Building Arduino Projects for the Internet of Things ".