Первая полоса

Хватай движение!

Хватай движение!

08.11.2022
 87

Ещё одна новая магистерская программа кафедры ЛИНС ориентирована на развитие технологии видеозахвата движения – точной реконструкции движения различных объектов.

Ещё одна новая магистерская программа кафедры ЛИНС ориентирована на развитие технологии видеозахвата движения – точной реконструкции движения различных объектов по трём координатам с помощью светоотражающих маркеров и высокоскоростных инфракрасных камер. В нашей стране эта технология пока ещё мало развита.


ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА

Магистерская программа «Системы захвата и моделирования движения» является междисциплинарной, базируется на мультифизических эффектах и уникальна в масштабах не только России, но и всего мира.

Для реализации программы приглашены ведущие специалисты в области разработки систем технического видеозрения – группа Наталии Александровны ОБУХОВОЙ, заведующей кафедрой ТВ. Её разработка, связанная с построением систем, работающих в гиперспектральной области, рассматривается как одно из направлений деятельности будущих выпускников магистерской программы.

«С использованием этих технологий мы планируем создавать отдельные завершённые изделия в интересах производителей беспилотной техники, – рассказывает декан ФИБС Александр Михайлович БОРОНАХИН. – Также мы рассматриваем возможность разработки собственной системы видеозахвата движения». Возможно, в недалёком будущем удастся заменить импортное оборудование на отечественное, разработанное в ЛЭТИ.

К лекционной части новой программы присоединятся специалисты из сферы робототехники и мехатроники, в частности, заведующий кафедрой РАПС Михаил Петрович БЕЛОВ. Он и его ученики поделятся компетенциями в моделировании различных бионических изделий. «Наши студенты смогут проводить исследования в области моделирования таких изделий, – поясняет декан. – До того, как изделие воочию реализуется в «железе», оно должно подвергнуться исследованию в виртуальной среде».

В реализации программы будут также участвовать медицинские работники – терапевты и реабилитологи. Они подскажут, на какие особенности следует обращать внимание при разработке протезов и других изделий медицинского назначения с точки зрения эргономики и информативности. Наконец, приглашён один из ведущих специалистов в области моделирования бионических систем – Елена Александровна ЛЕБЕДЕВА, доцент кафедры ПМИГ. Ещё одна новая магистерская программа кафедры ЛИНС ориентирована на развитие технологии видеозахвата движения – точной реконструкции движения различных объектов по трём координатам с помощью светоотражающих маркеров и высокоскоростных инфракрасных камер. В нашей стране эта технология пока ещё мало развита.

В сентябре к занятиям приступили 16 магистрантов. Все они – граждане России, при этом многие пришли в ЛЭТИ из других вузов.

«До недавнего времени планировалась англоязычная версия программы, – отмечает Александр Боронахин. – Теперь для того, чтобы в нашем университете открыть программу на иностранном языке, мы должны вначале провести летнюю школу. В этом году она не состоялась, потому что не совсем по плану открылась научно-исследовательская лаборатория».

ЛАБОРАТОРИЯ

Научно-исследовательская лаборатория «Системы захвата и моделирования движения» открыта в здании Технопарка в структуре Инжинирингового центра навигации и управления движением. Она оснащена высокоскоростными инфракрасными камерами для регистрации кинематики, динамометрическими платформами, регистрирующими силы реакции опоры, а также системами миографии с инерциальными датчиками для регистрации электрической активности мышц.

«Лаборатория является центром притяжения внимания к магистерской программе», – подчёркивает Александр Михайлович. При этом важно понимать, что лаборатория – это не только магистерская программа, а программа – не только лаборатория.

Оснащение лаборатории позволяет проводить исследования во множестве различных направлений, которые, на первый взгляд, никак не связаны друг с другом. К ним относятся исследования биомеханики ходьбы, бега и других движений человека для целей медицинской реабилитации, спорта и протезирования, а также виртуальная реальность, кинематограф и компьютерные игры, кибернетика, автоматическое управление роботизированными системами и даже полиграфирование (использование систем «детектора лжи»). По мимике, по двигательной реакции на тот или иной вопрос система с точностью до 98% может определить, говорит ли человек правду.

Кроме того, система видеозахвата движения позволяет, установив маркеры на объект исследования, оценивать по точкам, как перемещается человек, насколько ему комфортно. Как изменилась его моторика после предыдущего сеанса реабилитации, а также в преддверии операции, чтобы уточнить, в каком месте проводить хирургическое вмешательство.

В лаборатории возможно точно определить, насколько спортсмен-легкоатлет выкладывается во время бега. А в случае получения травмы – до мельчайших подробностей оценить, насколько отличается его текущая кинематика движения от здорового состояния. Очевидно, что нельзя допускать спортсмена к соревнованиям до его полного восстановления. В процессе реабилитации система может скорректировать установки врача: снизить нагрузку или, наоборот, – повысить.

Система видеозахвата позволяет создать «цифрового двойника» любого спортсмена, демонстрирующего уникальные достижения в своём виде спорта, выявить особенности его техники и дать рекомендации другим спортсменам, которым, возможно, чего-то не хватает до новых рекордов.

Например, у пловцов можно проанализировать технику толчка и движения в воде. У хоккеистов – технику броска шайбы и особенности катания. Система видеозахвата позволяет получить независимую экспертную оценку с количественными характеристиками, погрешность которых не превышает доли миллиметра.

При помощи обучаемой нейронной сети станет возможным виртуальное воспроизведение трёхмерной скелетной конструкции человека. Лаборатория движется в направлении безмаркерного анализа, когда не нужно будет раздевать исследуемого и наклеивать на него маркеры. «Известна такая особенность: в преддверии инсульта у человека меняется походка, – отмечает Александр Боронахин. – По изменению манеры ходьбы можно прогнозировать изменения в состоянии здоровья».

В сфере протезирования, для разработки роботизированной электромеханической системы, с которой человеку будет удобно передвигаться и не падать, оборудование лаборатории позволяет оценивать динамику бионического протеза и корректировать все узлы обратной связи.

В ситуации, когда на производстве человек должен рутинно совершать одинаковые операции в течение нескольких часов, например, поднимать руки вверх, разработанная в лаборатории с учётом индивидуальных особенностей экзоскелетная конструкция снимет нагрузку с мышечной массы и повысит выносливость.

У системы ориентации и навигации беспилотных летательных аппаратов имеются инструментальные погрешности. Система видеозахвата в условиях лаборатории позволяет оценить истинную траекторию движения и сравнить её с траекторией, которая строится по показаниям измерительной системы дрона, сделать выводы и скорректировать внутренние алгоритмы.

В настоящее время на факультете не только изучают новые возможности использования лаборатории в исследовательских целях, но и ищут заказчиков по тематике беспилотных аппаратов и разработке экзоскелетов.

«Наш факультет изначально формировался как приборостроительный, но на стыке направлений: биотехнических систем, экологического мониторинга, метрологии, приборостроения. Всё это воедино сошлось в новой программе».

Декан ФИБС, руководитель программы, Александр Михайлович БОРОНАХИН
  Евгений Веснин