Dva nova uspostavna znanstvena projekta na RITEH-u: meki roboti i umjetna inteligencija za medicinu budućnosti

Oba projekta razvijaju se kroz interdisciplinarne timove - spoj znanja iz mehatronike, robotike, umjetne inteligencije, medicine i biomedicinskih tehnologija.

Rijeka - Na Tehničkom fakultetu u Rijeci u sklopu dobivenih financiranja znanstveno-istraživačkih uspostavnih projekata osnovane su dvije nove istraživačke skupine. Voditelji projekata novih istraživačkih skupina su mladi znanstvenici izv. prof. dr. sc. Ervin Kamenar i dr. sc. Franko Hržić koji su svojim projektnim prijavama „Napredni meki roboti: razvoj, modeliranje i regulacija na temelju eksperimentalnih podataka“ (Kamenar) i “Razvoj modela umjetne inteligencije za detekciju pedijatrijskih fraktura i njihov utjecaj na kliničku praksu (FRACT-AID)” (Hržić) na nedavnom natječaju Hrvatske zaklade za znanost osvojili 1. i 2. mjesto u području prirodnih i tehničkih znanosti (panel PZ3) na nacionalnoj razini. Iako se projekti bave različitim temama, zajedničko je to što su oba istraživanja na spoju inženjerstva, medicine i umjetne inteligencije – s ciljem da rezultati budu primjenjivi, mjerljivi i korisni u praksi. Za Tehnički fakultet u Rijeci ovi projekti predstavljaju ozbiljan istraživački rad usmjeren prema stvarnim potrebama društva, prvenstveno u zdravstvu.

Interdisciplinarni timovi
Oba projekta razvijaju se kroz interdisciplinarne timove - spoj znanja iz mehatronike, robotike, umjetne inteligencije, medicine i biomedicinskih tehnologija. Takav pristup omogućava da se kompleksni problemi rješavaju sinergijom znanja iz različitih područja i da se razvijena rješenja lakše prenesu u praksu. Istraživačka skupina projekta „Napredni meki roboti: razvoj, modeliranje i regulacija na temelju eksperimentalnih podataka“ uz voditelja Kamenara uključuje stručnjake i istraživače s bogatim iskustvom u različitim disciplinama znanosti: dr.sc. Tomislav Bazina – suradnik u istraživanju vezanom uz AI i
rehabilitacijsku robotiku, izv. prof. dr. sc Jelena Srnec Novak – suradnica u razvoju i koordinaciji eksperimentalnih ispitivanja, karakterizacije materijala te analize metodom konačnih elemenata, dr. sc. David Liović – suradnik u analizi metodama konačnih elemenata te eksperimentalnog razvoja uređaja metodama 3D printa, dr. sc. Adelmo Šegota – suradnik liječnik specijalist fizijatar i reumatolog (zaposlen u Kliničkom bolničkom centru u Rijeci i na Medicinskom fakultetu u Rijeci) koji daje doprinos u usklađivanju robotskih rješenja s kliničkim zahtjevima. Projekt podupiru stručnjaci iz područja neurorehabilitacije i međunarodne znanstvene zajednice. U kliničkom segmentu podršku pružaju prof. dr. sc. Tea Schnurrer Luke Vrbanić s Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Rijeci i Kliničkog bolničkog centra Rijeka, liječnica specijalistica fizijatrije i reumatologije te vodeća stručnjakinja u području neurorehabilitacije, čiji je bliski suradnik dr. sc. Šegota ujedno i suradnik na projektu. U području pneumatike podršku projektu daje izv. prof. dr. sc. Goran Gregov, koji doprinosi razvoju i unaprjeđenju pneumatskih sustava važnih za funkcionalnost, pouzdanost i primjenjivost mekih robotskih rješenja. Međunarodnu znanstvenu podršku projektu daje i prof. dr. sc. Igor Mezić sa Sveučilišta u Kaliforniji, Santa Barbara (UCSB), vodeći svjetski stručnjak i inovator u području Koopman operatora i nelinearne dinamike.

Tim projekta FRACT-AID jača i međunarodnu suradnju povezujući domaće stručnjake s renomiranim sveučilištima u Austriji i Americi. Tako ovaj projektni tim uz voditelja Hržića čine prof. dr. sc. Sebastian Tschauner – suradnik s Medical University of Graz koji je ujedno i voditelj odjela za dječju pedijatriju, dr. sc. Ana Trišović – suradnica s Massachusetts Institute of Technology (MIT) i članica renomiranog FutureTech laboratorija gdje proučava utjecaj tehnologije na znanost i društvo, doc. dr. sc. Nikola Lopac – suradnik s Pomorskog fakulteta Sveučilišta u Rijeci gdje je voditelj nekoliko europskih projekata, te dr. sc. Mateja Napravnik i Boris Gašparović – suradnici s Tehničkog fakulteta Sveučilišta u Rijeci čiji su doktorati usko vezani.

Meki roboti u funkciji nove generacije robotskih rehabilitacijskih uređaja
Projekt o mekim robotima (engl. Soft robots) u rehabilitaciji koji vodi Ervin Kamenar polazi od jednostavne činjenice: tradicionalni roboti su precizni i snažni – ali kada se radi o izravnoj interakciji s čovjekom, ta krute konstrukcije od kojih su napravljeni postaju ograničenje. U rehabilitaciji, gdje uređaj mora ostvariti sigurnu interakciju s osobom, potrebna je tehnologija koja se može prilagoditi tijelu, a ne obrnuto.

Meki roboti izrađeni su od elastičnih i podatljivih materijala te se po ponašanju približavaju ljudskim mišićima. Upravo zato su sigurniji za rad u neposrednoj blizini čovjeka i posebno zanimljivi za rehabilitacijsku robotiku, gdje tradicionalna rješenja često ne mogu ponuditi dovoljno prilagodljive uređaje. No ono što meke robote čini obećavajućima ujedno ih čini i zahtjevnima za samu upotrebu. Njihovo deformacija je nelinearna i teško predvidljiva pa je teško ostvariti preciznu regulaciju pomaka. Zbog toga su modeliranje i regulacija mekih sustava među najtežim izazovima u suvremenoj robotici.

U projektu razvijamo pristupe koji se oslanjaju na eksperimentalne podatke i napredne metode strojnog učenja temeljene na teoriji Koopman operatora. Ideja je da se kompleksna dinamika mekog robota može opisati na način koji omogućuje pouzdanije predviđanje ponašanja i preciznije upravljanje, čak i kada je sustav po prirodi vrlo „mekan“ i promjenjiv.

Poseban dio istraživanja usmjeren je na personalizaciju terapije. Integracijom elektromiografskih (EMG) senzora, koji očitavaju električnu aktivnost mišića, moguće je razviti sustav koji prepoznaje namjeru korisnika i prilagođava razinu potpore u stvarnom vremenu. To otvara prostor za adaptivnu regulaciju sile i za rehabilitacijske uređaje koji pacijentu pomažu u onoj mjeri koliko stvarno treba pa to ima veći motivacijski učinak pacijenata.
Krajnji cilj projekta je razvoj funkcionalnog prototipa rehabilitacijskog uređaja, ali i formiranje istraživačke skupine i novog istraživačkog pravca u području bioinspirirane robotike na RITEH-u.

FRACT-AID – umjetna inteligencija u pedijatrijskoj radiologiji Drugi projekt, koji vodi Franko Hržić, fokusiran je na vrlo konkretan klinički izazov: razvoj modela umjetne inteligencije za detekciju pedijatrijskih prijeloma kostiju i njihov utjecaj na stvarnu kliničku praksu. Razvojem modela umjetne inteligencije detekcija određenih stanja na medicinskim slikama (bilo fraktura kostiju ili sve češće karcinoma) omogućuje kreiranja alata koji imaju potencijal pomoći radiolozima i medicinskim ekspertima u donošenju odluka.
Projekt FRACT-AID ima postavljena dva cilja: prvi je razviti robusne i klinički relevantne modele bazirane na umjetnoj inteligenciji koji mogu detektirati pedijatrijske frakture na medicinskim rendgenskim slikama. Kao priprema za projekt FRACT-AID još od 2018 godine svakodnevno se na Medicinskoj Sveučilišnoj bolnici u Grazu označavaju podatci koji će služiti za obuku modela umjetne inteligencije. Drugi cilj jest evaluirati stvarni utjecaj razvijenih modela na samu kliničku praksu. Neupitno je da se današnjom tehnologijom može razviti kvalitetan model koji i u usporedbi s radiologom postiže konkurentne rezultate, ali pravo pitanje jest koristi li takav model u stvarnoj kliničkoj praksi i što korištenje takvog modela donosi za radiologa, pacijenta, i cijeli klinički sustav?

Iskustvo iz SAD-a
Znanstveni put Kamenara i Hržića bilježi izvjesno vrijeme provedeno u SAD-u gdje su zadobili vrijedna iskustva i znanja koja su prepoznata i od strane Hrvatske zaklade za znanost. Ervin je tako bio Fulbright stipendist na University of California, Santa Barbara te i danas aktivno surađuje s prof. Igorom Mezićem i prof. Elliotom Hawkesom, u okruženju koje povezuje primijenjenu matematiku, teoriju dinamičkih sustava i naprednu robotiku. S druge strane, Franko je proveo godinu dana na poslijedoktorskom usavršavanju na Harvardu. Tamo je kao član laboratorija pod vodstvom dr. sc. Ate Kiapoura razvijao modele umjetne inteligencije koji su se direktno primjenjivali u Boston Children’s Hospitalu. Upravo su ta iskustva iskoristili za uspješne
projektne prijave, a koristit će ih i dalje pri prijavi novih projekata te u diseminacijiznanja studentima, koji kroz diplomske i završne radove dobivaju priliku pomoći u realizaciji određenih segmenata projekta i time steći znanja o najnovijim tehnologijama. Značaj znanstvenih projekata za zajednicu Ova dva projekta nisu važna samo u znanstvenom smislu i isključivo za voditelje i istraživačke skupine, već i za nastavu koja se odvija na Tehničkom fakultetu u Rijeci. RITEH kroz njih otvara nova područja u kojima studenti mogu sudjelovati u istraživanjima kroz izborne projekte, završne i diplomske radove – od bioinspirirane robotike do primjene umjetne inteligencije u medicini. To se prirodno nadovezuje i na činjenicu da je Tehnički fakultet nedavno pokrenuo studij mehatronike i robotike, čime studentima dodatno otvara prostor za učenje i rad s tehnologijama koje su u samom vrhu modernog inženjerstva. Cilj je da studenti moderne metode i alate usvajaju kroz rad na konkretnim problemima, u okruženju koje ih priprema za globalno relevantne izazove.

S druge strane, prepoznavanje perspektivnog kadra: bilo onog koji će voditi projekte, provoditi ih ili kadra tek u nastajanju - studenata koji će se jednog dana odlučiti upisati na poslijediplomski studij ključno je za razvoj kako Hrvatske znanosti tako i društva. U tom vidu znanje, ambicija i vizija moraju biti valorizirani i promicani kao temeljni kriterij izvrsnosti. Na tragu ovih kvaliteta Tehnički fakultet sveučilišta u Rijeci sustavno razvija mehanizme kako bi najkvalitetniji ljudi čim prije došli do potrebnih resursa i projekata. Ova vizija prati trendove na drugim renomiranim svjetskim sveučilištima, ali i sam rad Hrvatske zaklade za znanost koja pruža potporu najboljim istraživačima u Republici Hrvatskoj.

Follow @torpedo_media