Wereldberoemde sciencefictionauteur Arthur C. Clarke (2001: A Space Odyssey, Kindereinde) grapte ooit: “Elke leraar die vervangen kan worden door een computer zou dat ook moeten zijn.” Sommige mensen denken dat de verklaring van Clarke betekent dat we moeten vervangen alle leraren.
Maar in plaats daarvan benadrukt Clarke’s commentaar de onmisbare waarde van de sociaal-emotionele band met leerlingen die geweldige leraren koesteren, evenals een enorme hoeveelheid subtiele vaardigheden en gedrag die computers niet gemakkelijk kunnen repliceren. Maar wat als je ze combineert? Wat als een leraar cybernetisch verbinding zou kunnen maken met een leerling om haar eigen dans-, judo- of chirurgische technieken onmiddellijk over te dragen?
Maak gebruik van gekoppelde exoskeletten met bewegingsregistratie en haptische respons voor muziekonderwijs.
In een recente Wetenschap Robotica paper, Aleksandra Michalko van de Belgische Universiteit Gent, Francesco Di Tommaso van de Università Campus Bio-Medico (UCBM) in Rome, en hun collega’s bij verschillende instellingen leggen uit waarom hun exoskeletsysteem zo goed werkt bij het harmoniseren van prestaties – en daardoor het lesgeven verbetert.
Wanneer we leren hoe we fysieke taken kunnen uitvoeren die te maken hebben met het gooien en vangen van een bal, het maken van kalligrafie of het solderen van een printplaat, gebruiken we waarschijnlijk onze ogen om de acties van een bekwame mentor na te bootsen. Maar wat als we slecht zicht hebben? Wat als we heel goed kunnen zien, maar onze leraar niet kunnen zien vanwege slechte persoonlijke verlichting of een kapotte webcam tijdens een sessie op afstand? En wat als de fijne bewegingen te subtiel zijn of worden verduisterd door moeilijke hoeken (zoals bij medische procedures diep in het lichaam) om door iemands visie vast te leggen?
Het exoskeletsysteem van Michalko en collega’s geeft les op de tast, net zoals sportcoaches, muziekinstructeurs en andere leraren dat al eeuwenlang automatisch doen door de lichamen en ledematen van hun leerlingen te herpositioneren. Maar zoals de auteurs opmerken: ook al biedt “haptische feedback een direct, impliciet kanaal voor sensomotorische communicatie (…), de bijdrage ervan aan de fijne motorische coördinatie bij gezamenlijke acties blijft grotendeels onontgonnen.”
Francesco di Tommaso
Dat is de reden waarom het team van Michalko gebruik maakte van “de kracht van haptische communicatie, weergegeven door bidirectioneel gekoppelde draagbare robots.” Hun uitdagende testcase bestond uit twintig violistenduo’s (10 paar professionals en 10 paar amateurs) die live optraden onder vier omstandigheden: spelers konden a) elkaar alleen horen, b) elkaar horen en zien, c) elkaar horen en exoskelet elkaars bewegingen voelen, en d) elkaar horen en zien, en elkaar voelen met behulp van de exoskeletale verbinding.
Met beweging van de bovenste ledematen met twee vrijheidsgraden gebruikten de exoskeletten sensoren die nauwkeurige mo-cap- en force-cap-gegevens tussen partners overbrachten, en wanneer de bewegingen niet overeenkwamen, duwden servomotoren elke speler om het verschil te verdelen, waardoor gesynchroniseerde, natuurlijke bewegingen werden bevorderd.
En er was een twist: alle violisten waren nieuwkomers op het gebied van exoskeletten, en niemand wist dat ze haptisch verbonden waren – maar die verbinding ‘verbeterde de spatiotemporele coördinatie en de dynamische muzikale uitlijning aanzienlijk’, of in eenvoudige bewoordingen: cybernetisch verbonden exoskeletten zorgden ervoor dat violisten hun armen en strijkstokken nauwkeuriger uitlijnden, vooral wanneer de muzikanten elkaar konden zien en horen.
Dario Barbani
Zoals projectcoördinator en UCBM NeXTlab-bijdragende auteur Domenic Formica zegt: “We betreden een tijdperk waarin robots op geheel nieuwe manieren de fysieke communicatie tussen mensen kunnen bemiddelen. Deze studie is een eerste stap in de richting van systemen die mensen fysiek met elkaar verbinden, waardoor hun coördinatie, leerproces en revalidatie worden verbeterd.”
Di Tommaso gaat verder. Als co-hoofdauteur en postdoctoraal onderzoeker bij de Advanced Robotics and Person-Centered Technologies Research Unit (CREO Lab) bij UCBM legt hij uit: “Haptiek, of tactiele en kinesthetische perceptie, biedt informatie op een fundamenteel andere manier dan zicht. Het is fysiek, direct en onmiddellijk. Onze resultaten suggereren dat het menselijke motorsysteem deze informatie zeer efficiënt kan integreren, zelfs bij zeer bekwame kunstenaars.”
Of een nieuwe technologie goed is voor de mensheid hangt van verschillende factoren af. Schrapt die technologie bijvoorbeeld plezierig menselijk werk (en daarmee ambitie, vaardigheden, levensonderhoud, kameraadschap op de werkplek en gemeenschapsverbindingen) om de winst voor weinigen en de ellende voor velen te maximaliseren? Vervangt het gevaarlijk maar essentieel werk dat de gezondheid verbetert en zelfs levens redt, en zo een betere wereld voor iedereen creëert?
Of versnelt de nieuwe technologie het echte leren en geeft het mensen zo meer macht en tijd om te doen wat ze willen met vaardigheden in plaats van enorme hoeveelheden tijd en geld uit te geven winnen die vaardigheden? Het is duidelijk dat het cybernetisch gekoppelde exoskelet van UCBM in die laatste categorie past.
Natuurlijk hebben exoskeletten talloze toepassingen naast deze opmerkelijke nieuwe, waaronder het helpen van senioren om hun mobiliteit terug te krijgen, het vergroten van de kracht van zorgverleners en industriële werknemers, het vergroten van het uithoudingsvermogen van het bovenlichaam en het zwembereik onder water, het vergroten van het wandelbereik, het laten lopen van Parkinson- en verlamde patiënten, of zelfs een mech-monster worden voor $ 1.515 per uur. Het toevoegen van haptische feedback – met VR – zorgt voor een nog meeslepender gebruik.
Naarmate vernieuwers de technologie ontwikkelen van een omvangrijk exoskelet tot zoiets als de knusse stukken van mo-cap-pakken, maar met niet-gemotoriseerde haptische stimulatie (zoals met de trillingen van een mobiele telefoon of gamecontroller, en het op afstand vasthouden en knuffelen), zullen andere vormen van haptisch lesgeven bijdragen aan het verwerven van grote motorische vaardigheden in dans en vechtsporten, en fijne motoriek in beeldende kunst en chirurgie, of verbeterd spreken met behulp van op de mond gemonteerde sensorstimulators in logopedie.
“Deze draagbare robots”, zegt exoskeletontwerper en co-auteur Nicola Vitiello van het BioRobotics Institute van de Scuola Superiore Sant’Anna in Pontedera, Italië, “kunnen collaboratieve training, motorisch leren en zelfs revalidatie ondersteunen, waarbij therapeuten en patiënten fysiek met elkaar verbonden kunnen zijn.”
Bron: UCBM
