Walk Again: Siêu dự án khoa học nhằm hiện thực hóa Cyborg

Tóm tắt bài viết:

Walk Again là một dự án khoa học mà các nhà nghiên cứu tham vọng sẽ hiện thực hóa những chú cyborg (sinh vật cơ khí hóa). Người dùng sẽ đeo một bộ headset ở đầu với khả năng thu nhận sóng điện não, cùng một máy tính ở phía sau như đeo balo. Máy tính sẽ phân tích các sóng điện não thu được rồi điều khiển bộ khung xương robot thực hiện các chuyển động tương ứng. Trong quá trình bộ khung chuyển động, các cảm biến gắn kèm sẽ truyền các thông tin ghi nhận được về trung tâm điều khiển, giúp người sử dụng không chỉ khôi phục khả năng đi lại, mà còn cả khả năng cảm nhận trong quá trình chuyển động.

Khi Giải vô địch bóng đá thế giới World Cup 2014 chính thức được khai mạc vào ngày 13/6 tới tại Brazil, cả thế giới sẽ lần đầu tiên được chứng kiến một tình nguyện viên tàn tật từ Hiệp Hội hỗ trợ trẻ em tàn tật (Association for Assistance to Disabled Children) thực hiện một cú sút trên sân cỏ. Sự kiện này sẽ mở màn cho World Cup năm nay - xét về mặt thể thao, nhưng đồng thời cũng đặt dấu ấn cho một sự kiện thậm chí lớn hơn rất nhiều, về mặt khoa học: kỷ nguyên cyborg (tạm dịch: Sinh vật cơ khí hóa). Phép màu này đã trở thành hiện thực nhờ vào một khung xương robot gắn ngoài giúp hỗ trợ chuyển động các chi của người bị liệt; và các chuyển động này sẽ được điều khiển trực tiếp bằng ý nghĩ của người sử dụng.

* Video giới thiệu dự án:

Màn trình diễn mở màn cho World Cup này thực chất cũng là sự kiện quảng bá cho dự án Walk Again, một dự án cực lớn được điều hành bởi hơn 150 nhà khoa học và kĩ sư đến từ khắp nơi trên thế giới. Tình nguyện viên thực hiện cú sút sẽ sử dụng một bộ headset với khả năng thu nhận sóng điện não (electroencephalographic headset – EEG). Một máy tính tích hợp mà người này đeo trên người sẽ phân tích các sóng điện não thu được và tiến hành điều khiển bộ khung xương robot thực hiện các chuyển động tương ứng. Chưa hết, trong quá trình bộ khung chuyển động, các cảm biến gắn kèm đồng thời cũng sẽ truyền các thông tin ghi nhận được về cho trung tâm điều khiển, giúp cho người sử dụng không chỉ khôi phục khả năng đi lại, mà còn cả khả năng cảm nhận trong quá trình chuyển động.

“Chất lượng” của bước đi và cú sút của người sử dụng thiết bị này vẫn là điều chưa thể nói chắc – ít nhất là cho đến khi cả thế giới chứng kiến tận mắt. Dự án Walk Again thực chất vốn bị rất nhiều nhà thần kinh học chỉ trích. Họ cho rằng lợi dụng hình ảnh người tàn tật để quảng bá dự án khoa học công nghệ không phải là hành động phù hợp - dù mục đích của nó là để khôi phục sức khỏe cho các bệnh nhân này. Và vào thời điểm mà màn biểu diễn được ấn định sẽ diễn ra trước mắt hàng trăm triệu khán giả theo dõi World Cup qua màn ảnh nhỏ, một số nguồn tin cho biết các nhà nghiên cứu thực chất vẫn chưa cho thử nghiệm thiết bị tại môi trường thực tế ngoài trời. Có 8 tình nguyện viên tàn tật tham gia dự án, và cho đến giờ vẫn chưa có thông tin chính xác ai sẽ là người thực hiện cú sút tại lễ khai mạc.

Phản hồi lại ý kiến trên, các nhà nghiên cứu cho biết mục đích của hành động này thực chất không phải để giới thiệu một nghiên cứu đã hoàn tất – hay quảng cáo tăng doanh số một sản phẩm công nghệ cụ thể. Dự án Walk Again, về cốt lõi, hoàn toàn nhằm mục đích truyền cảm hứng. Cú sút được thực hiện tại World Cup mang trong nó thông điệp rằng chúng ta đang đặt bước chân đầu tiên vào thế giới mà trước đây tưởng chừng chỉ có trong truyện hay game khoa học viễn tưởng: thế giới của những cyborg.

Điểm lại quá khứ

Các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu cách các sóng điện tác động tới cá thể sinh học, đặc biệt là cơ thể người từ những năm 1780 – khi Luigi Galvani xác nhận chuyển động của chân ếch dưới tác động của dòng điện. Tuy nhiên, mãi đến 1950, những nghiên cứu về sự giao tiếp giữa bộ não và thiết bị điện tử mới thực sự phát triển sau thử nghiệm của John Lilly. John đã cấy ghép hàng trăm điện cực vào nhiều vị trí khác nhau trong não của loài khỉ. Khi điều khiển dòng điện vào các điện cực này, ông có thể khiến một số bộ phận cơ thể con khỉ chuyển động. Một thập kỉ sau đó, tiến sĩ Jose Delgado của đại học Yale chính thức xác nhận tính hiệu quả của thử nghiệm trên theo một phong cách rất “Tây Ban Nha”: bước vào lồng của một chú bò tót đang “hăng máu” và chặn cú húc chết người – không phải bằng sức mạnh hay sự khéo léo – mà bằng một cú sốc vào điện cực đã cấy vào não. "Điều trước hết chúng tôi muốn làm là lắng nghe tín hiệu từ bộ não và lọc ra các thông tin ẩn chứa trong đó” - Delgado cho biết.

Tiếp đó vào năm 1969, tiến sĩ Eberhard Fets đã thành công trong việc cô lập và ghi lại sự phóng điện của một neuron đơn lẻ vào trong một vi điện cực ông đã cấy ghép trong não khỉ. Fets phát hiện ra rằng bộ não của động vật linh trưởng thực chất có thể tự điều chỉnh để tương tác hiệu quả hơn với các máy móc đã được cấy ghép lên người. Ông thưởng cho các chú khỉ thử nghiệm một quả chuối mỗi khi chúng kích hoạt được vi điện cực, kết quả là các động vật thí nghiệm này nhanh chóng học được kĩ năng kích hoạt các thiết bị này một cách thường xuyên. Đây là một kết luận tối quan trọng của ngành khoa học này, mở ra một phương pháp hoàn toàn mới trong việc giao tiếp giữa con người và máy móc.

Ngày nay, các nhà khoa học trong lĩnh vực này đã tiến bộ hơn rất nhiều. Nguel Nicolelis, một trong những người sáng lập trung tâm kĩ thuật thần kinh của đại học Duke, và một trong những chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực này đã thành công trong việc ghi lại các hoạt động phóng điện của não bộ; và dịch sang các hành động tương ứng từ rất lâu. Từ những năm 2000, Nicolelis cùng các đồng nghiệp đã cấy ghép các điện cực với khả năng ghi lại hoạt động của các khối neuron trong não khỉ khi chúng thực hiện các chuyển động cơ bản như đi lại. Ở đầu kia của thế giới – tại Nhật – một robot do các đồng sự của ông quản lý nhận được các tín hiệu tương ứng và bắt đầu thực hiện bước đi y hệt chú khỉ thí nghiệm.

Miguel Nicolelis.

Các động vật linh trưởng trong phòng thí nghiệm từ lâu đã được dạy cách điều khiển các cách tay robot bằng suy nghĩ của mình. Tương tự với các thí nghiệm được tiến sĩ Fetz thực hiện từ thế kỉ trước, các cá thể linh trưởng này cho thấy khả năng học hỏi rất nhanh và điều khiển các cánh tay máy ngày càng hiệu quả. “Bộ não là một thứ hết sức kì diệu” - tiến sĩ Craig Henriquez, một thành viên của phòng thí nghiệm tại Duke, cho biết. “Nó có khả năng tự lập trình lại, tạo ra và thích ứng với các kết nối mơi. Nói cách khác, chúng ta sẽ không bị giới hạn bởi những gì mà chúng ta được ban tặng khi sinh ra, bởi bộ não có thể tiến hóa rất nhanh.”

Hiện tại

Sau các thành công với động vật linh trưởng, Nicolelis không ngừng tìm kiếm cơ hội để được thực hiện các thử nghiệm của mình với con người. Dĩ nhiên điều này không hề dễ dàng, bởi không nhiều người sẵn sàng đưa mình vào vị thế bị đem làm "vật thí nghiệm", chưa nói đến việc phải trải qua các thí nghiệm và phẫu thuật liên quan đến não bộ. “Câu hỏi mà nhiều người, bao gồm cả các nhà nghiên cứu vẫn luôn băn khoăn là liệu có thực sự cần thiết phải thực hiện cấy ghép và phẫu thuật để đạt được khả năng điều khiển các máy móc một cách hiệu quả”. Dự án Walk Again có thể nói là câu trả lời đầu tiên cho điều này, bởi tình nguyện viên lần này sẽ chỉ sử dụng EEG headset để truyền và nhận tín hiệu điều khiển.

Tuy nhiên, thử nghiệm trên các bệnh nhân tàn tật còn có một khó khăn khác. Không như khỉ thí nghiệm – vốn là các động vật có khả năng di chuyển hoàn toàn bình thường và đã được quan sát chuyển động của các thiết bị máy trong một thời gian dài, các bệnh nhân tàn tật thường là những người đã từ lâu không thể di chuyển các chi của mình. Bộ não của nhiều người trong số họ từ lâu đã đánh mất các bước điều khiển tiềm thức của quá trình chuyển động và đi lại. “Phục hồi” chức năng này là bước tối quan trọng đầu tiên để đem đến khả năng chuyển động cho họ.

Để làm được điều này, các nhà khoa học đã phải nhờ tới các công nghệ thực tế ảo. Và nói đến thực tế ảo, dĩ nhiên chúng ta nhớ ngay đến Oculus Rift. Bên trong không gian ảo mà Oculus Rift tạo ra, mỗi bệnh nhân sẽ được thấy một hình ảnh ảo của mình – một avatar. Khi họ nghĩ về hành động bước đi, avatar này sẽ chuyển động, giúp cho bộ não tái tạo lại tiềm thức về việc điều khiển chuyển động bước đi, phục vụ việc điều khiển khung xương nhân tạo sau này. “Chúng tôi cũng đã tái tạo lại cả sân cỏ, thậm chí là cả âm thanh của hàng ngàn khán giả tại đó để giúp tình nguyện viên chuẩn bị cho áp lực của lễ khai mạc”. Regis Kopper, người phụ trách mảng thực tại ảo của phòng thí nghiệm Duke cho biết.

Khi công nghệ thực tại ảo đã giúp tái tạo khả năng điều khiển bước chân, vẫn còn một vấn đề khác cần giải quyết. Đa số các cảm nhận khi chuyển động của chúng ta được thực hiện ở mức phản xạ tiềm thức, và một người tàn tật vốn không còn hệ thống thần kinh vốn phụ trách việc cảm nhận thăng bằng, điều chỉnh chuyển động theo từng địa hình sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Đây cũng là lí do tại sao ngay cả các robot tân tiến nhất cũng phải xoay sở rất nhiều để bước xuống cầu thang hay đi qua các hành lang hẹp vốn rất dễ dàng với con người. Để tình nguyện viên có thể thực hiện cú sút tại lễ khai mạc World Cup, bước đi không phải là tất cả, họ phải cảm nhận được chuyển động của khung xương nhân tạo.

Giaỉ pháp cho thử thách này là một áo quần đặc biệt với các tấm rung trên phần cẳng tay. Khi khung xương chuyển động, các va chạm của phần gót và mũi chân với mặt đất sẽ được “dịch” thành các xung tương ứng trên tay bệnh nhân. “Bộ não của họ sẽ học được cách đối chiếu các xung động động này”. Henriquez cho biết. “Điều này giúp khôi phục sự cảm nhận về không gian mà một người bình thường sử dụng để bước đi”.

Vào những ngày gần đây, toàn bộ 8 tình nguyện viên đã bước đi thành công bằng bộ khung xương mở rộng, một trong số họ còn đạt độ dài tới 132 bước. Kế hoạch của các nhà khoa học là để tình nguyện viên với khả năng điều khiển tốt nhất thực hiện cút sút mở màn. Tuy nhiên khả năng thành công của sự kiện này vẫn còn là một dấu hỏi chấm lớn. Các thiết bị chưa hoàn toàn hoàn thiện và quan trọng nhất là tất cả chưa được thử nghiệm trong môi trường ngoài trời thực sự. Khi được hỏi khi nào thì mọi thứ sẽ sẵn sàng, Nicolelis đáp ráo hoảnh “30 phút trước khi bắt đầu”.

Tham khảo: Theverge

>>Bàn tay robot Bebionic3 - Tương lai của Cyborg không còn xa