Полет с первого взгляда
Фото: Александр Нечаев / «Русская планета»

Фото: Александр Нечаев / «Русская планета»

Воронежские ученые рассказали, как научились глазами управлять электронными устройствами

В лаборатории медицинской кибернетики факультета компьютерных наук Воронежского государственного университета завершили испытание усовершенствованной версии системы, которая позволяет отдавать команды различным электронным устройствам с помощью движения глаз. В основе — обычная веб-камера и оригинальное программное обеспечение, которое разработали воронежские ученые. Сфера потенциального применения новой системы очень широка — от проведения силовых операций спецслужбами до помощи людям с ограниченными возможностями. Чтобы узнать, как работает новый алгоритм и когда широкая аудитория сможет начать им пользоваться, корреспондент «Русской планеты» встретился с сотрудниками лаборатории.

Компьютер дополняет человека

Обычная университетская аудитория — мебель, компьютеры, куча проводов, несколько приборов, стены, как обоями, обклеены свидетельствами и патентами, но даже это не позволяет с первого взгляда поверить в то, что здесь занимаются инновационными разработками. Впрочем, ценность разработки воронежских ученых как раз в максимальной простоте технической части, а главные достижения заключаются в программных алгоритмах и хранятся на жестких дисках компьютеров.

– Научным языком это направление исследований называется «интерфейс человек — компьютер», — говорит заведующий лабораторией Ярослав Туровский. — У него есть множество различных вариантов. Это нейрокомпьютерный интерфейс, позволяющий считывать мозговую активность и преобразовывать ее в команды, дыхательный интерфейс, когда управление осуществляется исключительно особенностями дыхания или системы эмоционально зависимого интерфейса, когда эмоции человека определяются по его биологическим показателям. Помимо последнего, для рядовых потребителей больше всего интересен и перспективен окулографический интерфейс, то есть отслеживание направления взгляда и трансформация его в команды.

В 90-е управление электронными устройствами можно было осуществлять, если обвешаться массой датчиков, а теперь то же самое получаешь, направив на глаз миниатюрную камеру. Все остальное программа делает сама. Такая простота позволяет говорить об использовании системы не только в лабораториях, но и в повседневных ситуациях для выполнения бытовых задач.

– С помощью окулоинтерфейса можно управлять компьютером — без использования рук набирать текст, решать повседневные задачи проверки почты, просмотра веб-страниц и так далее. Даже в компьютерные игры можно играть, — говорит Ярослав Туровский. — Но дело не ограничивается только компьютерной техникой — мы разработали системы, которые управляют самыми различными устройствами, например, электрической инвалидной коляской.

Несколько лет назад первой ласточкой стал игрушечный танк, который ученые заставили повиноваться силе взгляда, сегодня таким способом уже можно управлять даже беспилотными летательными аппаратами. Сотрудники лаборатории сняли видео, где продемонстрировали вариант использования системы для военных и силовиков. С помощью дрона, оснащенного видеокамерой, при штурме можно заглянуть за угол и оценить расположение противника. Отличие от уже имеющихся аналогов в том, что при этом не нужно выпускать оружие из рук, а управление беспилотником не отвлекает от основных действий. Это, конечно, демонстрация, а не готовый прототип, но позволяет судить о возможностях. Следующий этап — управление с помощью глаз комплексами бытовой электроники, так называемыми умными домами. Такие системы воронежские ученые обещает скоро показать. В перспективе это может существенно облегчить жизнь людям с ограниченными возможностями.

«Наши алгоритмы не уступают западным»

–  Сделать так, чтобы курсор на экране компьютера можно было двигать глазом, это несложная техническая задача, есть масса готовых библиотек, вопрос в том, чтобы сделать такую работу устойчивой, качественной и удобной для человека. Как раз в этом нам удалось продвинуться, — рассказывает Ярослав Туровский. — Мы сумели разработать систему гибридного интеллекта, когда система учится подстраиваться под конкретного человека, учитывает его плюсы, минусы, недостатки, характерные ошибки и так далее. Главный наш прорыв в области окулоинтерфейса в том, что мы решили проблему переключения внимания. Ведь оператор в процессе работы не всегда отдает глазами команды, он может устать, задуматься о чем-то, посмотреть не туда, его могут окликнуть, он переведет глаза и так далее. Наша система учится поведению конкретного пользователя и понимает, когда он совершает нетривиальную для определенного режима команду. В такой ситуации система подменяет собой оператора и предугадывает как бы себя повел человек если бы продолжал управлять компьютером, потом она распознает, что пользователь «вернулся» и продолжает следовать командам.

При этом разработчикам удалось сделать систему очень простой в управлении. Это на себе испытал корреспондент «Русской планеты». После небольшой калибровки камеры мне удалось без всякой подготовки управлять самолетом в авиасимуляторе. Правда, для выполнения сложных задач требуется небольшое обучение, причем как человека, который привыкает управлять компьютером глазами, так и самой системы, которая определяет базовые команды и учится дополнять пользователя.

Еще одна ценность разработки — минимальная зависимость от аппаратной части. Фактически требуется только веб-камера. Желательно у нее удалить инфракрасный фильтр, но система работает и без такой доработки. Можно использовать любую камеру, даже самую дешевую.

– В США есть аналогичные программы, но наши алгоритмы более продвинутые, — рассказывает главный разработчик и по совместительству студент ВГУ Александр Алексеев. — Западные системы штатно работают с очень дорогими камерами высокого разрешения, предъявляют большие требования к качеству картинки. У нас нет возможности использовать такое оборудование, но мы компенсируем это более продвинутыми алгоритмами обработки данных. Программа оптимизирована так, что расходует мало ресурсов, может использоваться даже на старых и слабых компьютерах.

– Мы делаем упор на программные решения, — добавляет Ярослав Туровский. — Во-первых, они универсальны и легко переносятся с одной платформы на другую. Во-вторых, аппаратной базы сегодня в России нет. Все камеры мы вынуждены покупать за границей, а собственных аналогов не предвидится.

Лишь разовые проекты

При всей инновационности технологии ее перспективы внедрения в сферу практического применения не так радужны. Казалось бы, на этой основе можно сделать недорогую и практичную систему, которая помогала бы инвалидам и людям с ограниченными возможностями решать повседневные задачи.

– Наживаться на инвалидах мы считаем неправильным, поэтому программное обеспечение готовы предоставить бесплатно, но пока не находится производитель, который бы смог наладить массовый выпуск и решить технические нюансы аппаратной части, — говорит Ярослав Туровский. — Видимо, инвесторы считают, что инвалиды неплатежеспособны и что на них много не заработаешь. А ведь у нас есть и более продвинутый вариант системы. Например, человек фокусирует внимание на стакане воды, компьютер узнает, что пользователь хочет пить, и самостоятельно, с помощью соответствующих устройств доставляет ему этот стакан. Это могло облегчить жизнь.

По словам Туровского, коммерческие решения с применением окулоинтерфейса сегодня используются преимущественно в маркетинговых исследованиях, да и то устройства импортные и очень дорогие. Российские аналоги с программами воронежских ученых были бы значительно дешевле, но и этой сферой пока никто не заинтересовался. Впрочем, говорить, что разработки лаборатории медицинской кибернетики остаются сугубо научной темой нельзя. Сейчас ученые тестируют несколько медицинских систем на базе одной из больниц, но подробности, пока система не заработает, не раскрывают.

– Главная тема для продолжения исследований  в направлении окуло- и нейроинтерфейсов — это совершенствование системы, которая совмещает в себе анализ не только положения глаза, но и считывание дополнительных параметров и команд, например, с мозга, мышц,  — говорит Ярослав Туровский. — Конечно, там более сложная аппаратная часть, но мы ищем решения, чтобы ими можно было комфортно пользоваться.

Открытый город Далее в рубрике Открытый городВ Воронеже в 2016 году внедрят общественный контроль в сфере коммунальных услуг Читайте в рубрике «Титульная страница» В очередь…Дмитрий Дюжев позволил себе неосторожные высказывания о культурном уровне отечественных зрителей и был обвинен в унижении достоинства россиян В очередь…

Комментарии

Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Читайте самое важное в вашей ленте
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях и читайте наиболее актуальные материалы
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»