Központi idegrendszer működésének modellezése neurális hálóval egy helyben állás közben
Az idős emberek baleseteinek gyakori okai közé tartozik az egyensúlyvesztés, ami akár egy helyben álláskor is bekövetkezhet. Napjainkban egyre szélesebb körben és egyre több tudományterületen alkalmazzák a neurális hálókat. A neurális háló a gépi tanulás egy fajtája, ami alkalmas lehet arra, hogy vele a központi idegrendszer működését modellezzük.
A hagyományos szabályozáselmélet eszközei közül a szakirodalomban legtöbbször a PD (az ember függőlegessel bezárt szögével és szögsebességével arányos) szabályozóval találkozhatunk, amikor az egyensúlyozási feladat közben a központi idegrendszert szeretnék modellezni. A gépi tanulás, ezzel együtt a neurális háló a gyorsan és folyamatosan növekvő számítási kapacitásaink miatt egyre jobban elterjed. A neurális hálók egy fajtája a rekurrens neurális hálózat, ami egymás után következő adatok feldolgozására alkalmas, például kézírás- és beszédelemzésre is használják. Ennek egy finomított verziója az LSTM (Long Short-Term Memory), ami kifejezetten idősorok feldolgozására alkalmas, és leküzdi az ún. "vanishing gradients" problémát, emiatt képes a jóval korábbi adatok befolyását is figyelembe venni a jelenlegi adat kiszámításakor.
Dolgozatunkban úgy vizsgáltuk a neurális háló alkalmasságát a központi idegrendszer helyettesítésére, hogy a mérési adatok első részét bemenetnek adtuk a rendszernek, ami ebből megtanulta az adott egyensúlyozás paramétereit, majd becslést adott a mérés második felére. Ezt összevetve a mérés valódi második felével, kaptunk egy képet arról, hogy milyen jól tud a háló akár elesést is előre jelezni.
Az emberi testet az egy helyben állás során az inverz inga mechanikai modelljével helyettesítettük. A szögsebességet és szöggyorsulást a Műszaki Mechanikai Tanszéken található OptiTrack rendszer segítségével, a bokanyomatékot a Moticon cég által kifejlesztett talpbetétek segítségével mértük, így független adatsorokkal dolgozhattunk a tanítás során.
Dolgozatunk során foglalkoztunk a reakcióidő hatásával az egyensúlyozás során, hiszen a neurális háló modellbe egy időintervallum adatait beadva jósolhatjuk meg egy jövőbeni időpont adatait. Az időintervallumot módosítva vizsgáltuk az előrejelzés pontosságát, így becslést adhattunk az egyensúlyt végző személy reakcióidejére. Ezt összehasonlítottuk az irodalmi és mért adatokkal. Célunk volt minél pontosabb képet kapni a központi idegrendszer által használt jelekről és arról, hogy milyen időtartományon helyezkednek el.
szerzők
-
Antal Ákos
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Györök Bendegúz Máté
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Molnár Csenge Andrea
doktorandusz, Műszaki Mechanikai Tanszék -
Zajcsuk Liliána
doktorandusz hallgató, Műszaki Mechanikai Tanszék
