zManost

Dr. Matjaž Mihelj, Robolab

Kako roboti sodelujejo s človekom, kaj omogoča električna stimulacija in kako jo lahko zlorabimo ter zakaj so novinarji pred časom pisali, da v Vzhodni Evropi proizvajajo robote, ki pretepajo ljudi

 

V laboratorij za robotiko Fakultete za elektrotehniko v Ljubljani nas tokrat zapelje dr. Matjaž Mihelj, ki predava o robotiki, navidezni resničnosti in raziskovanju na področju interakcije človek-robot. Leta 2001 je bil gostujoči raziskovalec na univerzi Tohoku na Japonskem, kjer je razvijal sistem funkcionalnega električnega stimuliranja spodnjih okončin, leta 2005 in 2006 pa je kot gostujoči raziskovalec deloval v Švicarskem zveznem inštitutu za tehnologijo ETH Zurich.

 V #zManost pove in pokaže, s čim se ukvarjajo, kako varni so roboti, ki sodelujejo s človekom, kaj omogoča funkcionalna električna stimulacija in kako jo lahko zlorabimo … ter zakaj so novinarji pred časom pisali, da v Vzhodni Evropi proizvajajo robote, ki pretepajo ljudi.

Poglej predavanje o interakciji robot-človek

Razmišljanje o sobivanju in sodelovanju robota s človekom

Kje je robotika danes, kakšni bodo roboti prihodnosti in česa se pri razvoju robotov naučimo od človeka, piše dr. Matjaž Mihelj s fakultete za elektrotehniko v Ljubljani

GENEZA. Karel Čapek, R. U. R (Rossumovi Univerzální Roboti), 1920: “Roboti niso ljudje. Mehanično so popolnejši od nas, imajo silno inteligenco razuma, a nimajo duše. Inženirski izdelek je tehnično bolj dovršen kot izdelek prirode.”

ETIKA. Isaac Asimov, Runaround, 1942. Trije zakoni robotike: 1) Robot ne sme škodovati človeku ali z neposredovanjem dopustiti, da se človek poškoduje. 2) Robot mora vedno slediti ukazom človeka, razen ko so ti ukazi v nasprotju s prvim zakonom robotike. 3) Robot mora varovati svoj obstoj, dokler varovanje obstoja ni v nasprotju s prvim ali drugim zakonom robotike.

PROBLEM. Joseph F. Engelberger: “Ne znam definirati robota, toda ko ga vidim, ga prepoznam.”

Roboti niso več le industrijske naprave. Vse bolj so prisotni v vsakdanjih človekovih okoljih in pomagajo ljudem pri vsakodnevnih opravilih. Roboti so prisotni v tovarnah, v klinikah in tudi v naših domovih. Ker zavzemajo okolja, ki so bila prej namenjena predvsem človeku, je treba razmisliti o novih načinih sodelovanja in sobivanja človeka z robotom. To odpira nove možnosti za številne aplikacije, ki bodo v prihodnosti pomembno vplivale na življenjske navade ljudi.

Robotika danes

Za lažje razumevanje kompleksnosti interakcije človeka z robotom nekoliko osvetlimo pogled na današnje tipične primere industrijske robotizacije. Današnji industrijski roboti so primerni za urejena okolja z omejeno interakcijo s človekom, so uveljavljeni v proizvodnih procesih, ne potrebujejo visoke stopnje avtonomije, prilagodljivosti in kognitivnih sposobnosti. Glavna značilnost industrijskih robotov je, da so programirani za točno določene operacije in odstopanje od predvidenih nalog ni dovoljeno.

Z enostavnim poskusom lahko za nekaj trenutkov postanete povprečen robot. Usedite se na stol za mizo, desno roko (če ste desničar) položite za hrbet, ker je ne boste potrebovali, zaprite oči, namestite čepke v ušesa in nato z zaprtimi usti in brez razmišljanja sledite navodilom kolega in z dvema prstoma leve roke slepo prestavljate sem ter tja figurico iz vaše najpriljubljenejše družabne igre. Zabavno? No, lahko je še slabše. Odmislite otip in nalogo izvajajte s popolnoma zategnjenimi mišicami roke. Ker pa ste morda že nekoliko nadpovprečni robot, lahko celo odprete eno oko in poskusite prepoznati čačko, ki vam jo je kolega narisal na kos papirja in se potem odločite, kam boste postavili figurico. Ja, težko je biti robot, če se zavedaš lastnega obstoja. Konec poskusa.

Kot smo omenili v uvodu, roboti niso več omejeni le na industrijska okolja. Postajajo namreč vsenavzoči, saj vstopajo v prej za robota preveč kompleksna okolja, kot so domovi in bolnišnice. Roboti zavzemajo številne forme in so sposobni izvajanja različnih funkcij. Vse pogosteje nastopajo v interakciji s človekom. Če je interakcija človeka z robotom v največ primerih danes še vedno predvsem prednost oziroma priložnost, je v določenih aplikacijah že postala nuja. Interakcija s človekom tako omogoča napredno servisno in fleksibilno industrijsko robotiko, nepogrešljiva pa je na področjih medicinske robotike, družabne robotike in robotov, ki so namenjeni za pomoč ljudem. Tu najdemo medicinske robote, namenjene kirurškim posegom in dostavi učinkovin, rehabilitacijske robote za motorično vadbo spodnjih oziroma zgornjih okončin, robote za asistenco, kot so proteze, eksoskeleti in robotski invalidski vozički, ter robote za samostojno starost, ki omogočajo spremljanje stanja ljudi, pomagajo ljudem pri vsakodnevnih opravilih oziroma omogočajo socialno interakcijo (robot za družbo).

Predvsem roboti, ki omogočajo socialno interakcijo, že nakazujejo potrebo po bolj kompleksnem sodelovanju (in sobivanju) človeka z robotom, ki ni omejeno le na fizični dotik. Tako lahko interakcijo med človekom in robotom bolj splošno razdelimo v tri koncepte. Fizična interakcija predstavlja izmenjavo sile oziroma moči prek fizičnega stika med človekom in robotom ter usklajeno fizično delovanje obeh entitet. Socialna interakcija predpostavlja, da robot sodeluje in komunicira z ljudmi v skladu z vedenjskimi normami, ki jih pričakujemo od ljudi, s katerimi robot sodeluje. Kognitivna interakcija temelji na dvosmerni večmodalni komunikaciji in razumevanju med človekom in robotom.

Fizična, kognitivna in socialna interakcija so temelj za nove koncepte uporabe robotov. Večina današnjih robotov, namenjenih sodelovanju s človekom, temelji predvsem na fizičnem stiku. Vse pogostejše so aplikacije, ki zahtevajo tudi socialno interakcijo, na primer roboti družabniki. Najzahtevnejši vidik predstavlja kognitivna interakcija, ki temelji na sistemu umetne inteligence in zato zahteva najbolj kompleksne algoritme za delovanje.

Robot prihodnosti

Za robote lahko trdimo, da so kompleksne integracije raznovrstnih tehnologij, ki predstavljajo bistveno večjo funkcionalnost, kot je preprosta vsota funkcionalnosti posameznih komponent. Prav ta kompleksnost je tista, ki omogoča zgoraj omenjene koncepte sodelovanja oziroma interakcije s človekom. S povečevanjem zahtevnosti interakcije se povečujejo tudi zahteve za robotske sisteme v smislu njihovih funkcij in posledične kompleksnosti.

Na podlagi potreb in pričakovanj glede interakcije s človekom si lahko zamislimo robota, ki sodeluje in sobiva s človekom. To je robot (prihodnosti), ki varno in zanesljivo sodeluje s človekom, si s človekom deli naloge in okolje, se uči in prilagaja novim nalogam in okoljskim pogojem, pomaga in sodeluje z različnimi skupinami ljudi (otroci, odrasli, starostniki, bolniki) pri opravljanju vsakodnevnih dejavnosti ter deluje v urbanem okolju, hišah, tovarnah in bolnišnicah.

Robota, ki bi izpolnjeval zgornje pogoje s trenutnim stanjem tehnike, še ni mogoče izdelati, saj so okolja, v katerih deluje tak robot, in naloge, ki jih opravlja, preveč različne.

Česa se lahko naučimo od človeka

Razvijalci robotskih sistemov se pogosto zgledujemo po primerih iz narave. Biološko zasnovani roboti temeljijo na posnemanju človeka (humanoidni roboti) oziroma na zgledih iz živalskega sveta. Ker nas tokrat zanima sodelovanje in sobivanje človeka in robota, bomo iskali zglede na primerih interakcije med ljudmi. Kompleksna interakcija med dvema človekoma vključuje precej več kot le fizični kontakt. Pomemben je kognitivni vidik interakcije, interakcija pa bi bila zelo osiromašena, če ne bi bilo tudi socialne komponente.

Ko opazujemo človeka, ne moremo spregledati številnih sposobnosti, med katerimi so nekatere edinstvene v biološkem svetu. Zaznavne sposobnosti temeljijo na številnih in različnih čutilih, ki omogočajo tako občutek za medsebojni položaj in gibanje segmentov telesa ter ravnotežje kot tudi zaznavanje dražljajev, ki izhajajo iz okolja. Sposobnost gibanja omogoča človeku premikanje v tridimenzionalnem prostoru, izvajanje nalog v tem prostoru in pozicioniranje čutil za pridobivanje informacij o okolju. Sposobnost manipulacije je povezana s sposobnostjo gibanja in omogoča manipulacijo objektov ter s tem tudi pridobivanje informacij o manipuliranih objektih. Vgrajena podajnost je lastnost motoričnega sistema človeka, ki je izjemnega pomena za gibanje in fizično interakcijo z okolico; podajnost omogoča absorpcijo in shranjevanje energije (v mišice in tetive), kar poveča učinkovitost delovanja. Sposobnost interakcije omogoča interakcijo z biološkimi in nebiološkimi sistemi. Prilagodljivost je večplastna, saj omogoča tako prilagajanje lastnosti motoričnega sistema kot tudi prilagajanja odzivov na dražljaje, oziroma prilagodljivost delovanja glede na okolje. Glede na kompleksnost je človek izjemno zanesljiv sistem. Socialne sposobnosti nam omogočajo navezavo in vzdrževanje stikov z drugimi ljudmi. Kognitivne sposobnosti omogočajo pridobivanje znanja in razumevanje s pomočjo mišljenja, izkušenj in čutil; zajemajo procese, kot so pozornost, spomin, sposobnost presoje, reševanje problemov, razumevanje in raba jezika, avtonomno odločanje in še številne druge; kognitivni procesi so lahko zavestni, podzavestni, abstraktni ali celo intuitivni.

Se še spomnite poskusa? Človek je kompleksen sistem, ki ga ni mogoče preprosto poustvariti v obliki robota. Vsekakor pa so nekateri koncepti, ki so lastni človeku, primerni za izvajanje tudi na robotu.

Sobivanje in sodelovanje robota in človeka v kliničnem okolju

V prispevku o sodelovanju in sobivanju človeka in robota smo že razmišljali o medicinski robotiki, ki temelji na interakciji človeka in robota. Tako tudi najsodobnejši sistemi za pomoč osebam z motnjami gibanja temeljijo na robotskih konceptih. Robotske proteze učinkovito nadomestijo amputirane ude, robotski invalidski vozički omogočajo mobilnost najhuje prizadetim osebam in rehabilitacijski roboti pomagajo terapevtom pri motorični vadbi bolnikov po poškodbah hrbtenjače oziroma možganski kapi. V vseh primerih roboti delujejo v tesnem stiku s človekom in omogočajo funkcije, ki jih sicer človek izvaja povsem samostojno. Posledično je razvoj sistemov zahteven, dolgotrajen in drag.

Na Univerzi v Ljubljani smo bili vedno v koraku s časom oziroma pred njim, ko smo razvijali tehnologije za pomoč prizadetim osebam, toda v nekem trenutku se mi je ponudila priložnost za selitev v Švico na ETH Zürich. Nekaj truda je bilo sicer potrebnega za uspešno pripravo predloga projekta, ki je zagotovil financiranje, in že sem lahko združil moči s starim znancem dr. Robertom Rienerjem (danes profesor na ETH Zürich) in novim sodelavcem Tobiasom Nefom (danes profesor na Univerzi v Bernu) pri ambicioznem projektu razvoja robota za motorično rehabilitacijo zgornjih okončin.

Sami se največkrat niti ne zavedamo kompleksnosti gibanja, ki ga omogoča naš motorični sistem. To pa začnemo dobro spoznavati, ko želimo poustvariti podobno gibanje z robotom. Ker so rehabilitacijski roboti namenjeni vadbi gibanja prizadetih okončin, morajo biti sposobnosti robota ustrezno dober približek neprizadetega gibanja človeka. Le tako lahko robot podpira nadzorovano gibanje okončine, senzorji na robotu zaznavajo interakcijo med človekom in robotom in inteligentni algoritmi omogočajo prilagajanje zahtevnosti vadbe glede na potrebe bolnika. Robot ne le omogoča gibanje, ampak tudi objektivno ocenjuje sposobnosti bolnika.

Čeprav je rehabilitacijski robot visokotehnološka naprava, se je razvoj pričel s preprostimi modeli narejenimi iz lesa oziroma kartona, ki so omogočali analizo osnovnih geometrijskih lastnosti ter ergonomije. V nadaljevanju je razvoj naprave predstavljal številne bolj ali manj uspešne poskuse, izvedbe prototipov in pogosto negativne komentarje terapevtov s skrbjo za koristi bolnika in zaskrbljenostjo glede omejitev mehanske robotske naprave. Trije prototipi s številnimi vmesnimi popravki so bili potrebni, da je nastal koncept, ki danes predstavlja enega najsodobnejših in najbolj razširjenih rehabilitacijskih robotov za zgornje okončine Armeo Power. Celoten razvoj od prvega prototipa do izdelanega produkta je trajal več kot šest let.

Roboti seveda niso vsemogočni. Po letih razvoja rehabilitacijskih robotov in razmišljanja kako robota približati človeku, sem se začel spraševati ali je mogoče robota nadomestiti s čim enostavnejšim, prilagodljivim, nenazadnje tudi cenejšim. Ko se dovolj dolgo poglobljeno ukvarjaš z določenim problemom, se slej ko prej zgodi “hevreka trenutek”, na primer, med konferenco na temo rehabilitacijske robotike. “Hevreka trenutek” seveda ni le trenutek, ampak dolgotrajen proces, ki se začne dolgo pred “trenutkom” in traja še dolgo po tem.

Robot omogoča gibanje, ocenjevanje motoričnih sposobnosti osebe in prilagajanje vadbe glede na stanje osebe. Torej, odstranimo robota, nadomestimo ga s človekovimi preostalimi motoričnimi sposobnostmi, dodajmo senzorje za objektivno merjenje gibanja in računalniške algoritme, ki bodo osebi pomagali pri pravilnem izvajanju vadbe. Bolnik sam sebi postane nekakšen rehabilitacijski robot zasnovan na preostalih motoričnih funkcijah. Ker poškodba največkrat prizadene le eno roko, torej roki nista enako prizadeti, bi to morda celo delovalo. Nastal je koncept Bimeo. Od prvih poskusov in vložitve patenta, do kliničnih testov ter uporabnega produkta je minilo več let, toda danes se sistem uporablja v številnih klinikah po celem svetu, kjer bolniki samostojno izvajajo motorično vadbo pod nadzorom terapevta.

Začetni koraki so vedno zahtevni, toda roboti danes vedno bolj sodelujejo in sobivajo z ljudmi ne le v industrijskem, temveč tudi kliničnem okolju, kjer izvajajo natančne kirurške operacije oziroma pomagajo premagovati gibalne omejitve oseb. Vedno več jih bo in opravljali bodo vedno bolj kompleksne naloge, bolniki pa bodo od tega imeli številne koristi.

Od velikega izziva do odličnega odziva

Tokratni zapis je zopet povezan s Švico. Tudi profesor Robert Riener je že bil omenjen v enem od preteklih pisanj. Robert je res vsestranski znanstvenik in leta 2014 si je omislil kibernetske paraolimpijske igre. No, tekmovanje se pravzaprav imenuje Cybathlon, saj se mednarodni olimpijski komite ni strinjal z uporabo olimpijskega predznaka. Vsekakor je to povsem resno tekmovanje, kjer tekmujejo invalidi, ki pa za razliko od paraolimpijskih iger, za gibanje uporabljajo visokotehnološke pripomočke. Tekmovanje poteka v šestih disciplinah, oziroma tekmovalci lahko uporabljajo šest različnih tehnoloških pripomočkov, ki so robotske proteze za spodnje okončine, robotske proteze za zgornje okončine, eksoskeleti za spodnje okončine, funkcionalna električna stimulacija, možganski vmesniki in robotski invalidski vozički.

Leta 2014 smo dobili vabilo za sodelovanje na tekmovanju. Prvo izvedba tekmovanja je bila napovedana za oktober 2016, torej smo imeli približno dve leti časa za priprave. Ker se z Robertom odlično poznava, Švica pa je tudi ena meni ljubših destinacij, je bilo izziv nujno sprejeti. Potrebno je bilo le izbrati ustrezno disciplino in organizirati ekipo za izvedbo projekta. Z izbiro discipline ni bilo večjih težav. Izkušnje bi narekovale izbiro funkcionalne električne stimulacije, ki je bila pravzaprav izumljena na Univerzi v Ljubljani. Toda kolesarjenje s pomočjo električne stimulacije se ni zdel dovoljšen izziv. Z ostalimi disciplinami pa nismo imeli nikakršnih izkušenj. Robotske proteze ne dovoljujejo veliko improvizacije, zato smo jih izločili iz nabora. Možganski vmesniki zahtevajo veliko procesiranja signalov, kar običajno ni najbolj zabavno početje. V naboru so ostali še robotski eksoskeleti in robotski invalidski vozički. Odločitev je padla, voziček naj bo. Omogoča improvizacijo, je v sorodu z mobilno robotiko in omogoča veliko zabave. Pravšnji izziv za študentsko ekipo.

Če povzamem, brez ekipe, brez finančnih virov in brez ustreznih izkušenj smo se odločili nastopiti na svetovnem prvenstvu Cybathlon, kjer so nastopale ekipe, ki so jih ustanovila mednarodna visokotehnološka podjetja in najboljše svetovne univerze in inštituti. Definitivno pravšen izziv za številne noči brez spanca.

Študenti Univerze v Ljubljani so se hitro odzvali, v izzivu našli priložnost za dokazovanje in ekipa je bila sestavljena v manj kot mesecu dni. Pravzaprav tudi s financiranjem razvoja ni bilo pretiranih težav. Številna domača in tuja podjetja so projekt podpirala z donacijami in sponzoriranjem. Do zaključka projekta (v dveh letih) smo na različne načine zbrali več kot 75.000 EUR, kar je omogočilo izpeljavo zastavljenih ciljev. V tehnične podrobnosti se ne bom spuščal. Dve koristni povezavi sta na koncu prispevka. Omeniti pa velja različne prototipe, ki jih je ekipa razvila, saj prikazujejo zahtevnost projekta.

Prvi koncept je bil izveden v pomanjšani obliki, da bi lahko preverili osnovne funkcionalnosti sistema. Koncept je bil uspešen, celo preveč uspešen. Dobili smo zavajajoč vtis, da bomo lahko s kolesi zvozili tudi stopnice, ki so predstavljale eno od najzahtevnejših ovir na tekmovanju. Žal, napačen vtis.

Organizatorji tekmovanja Cybathlon so v juliju leta 2015 predvideli uradno vajo za prijavljene ekipe. Da bi se lahko udeležili vaje, je ekipa v polnem zanosu razvijala prvi celovit prototip vozička. Potrebno je bilo rešiti številne tehnične in administrativne težave, toda 29. maja 2015 ob 02:34, mesec dni pred odhodom v Švico, sem prejel pošto z zadevo “GREAT SUCESS!!!”. Dogajanje te noči najbolje prikaže posnetek.

Uradno vajo v Zürichu smo odlično prestali in premagali številne bolj renomirane ekipe, žal pa nismo premagali stopnic. Zastavljeni koncept vozička s štirikolesnim pogonom preprosto ne omogoča vožnje preko tako zahtevne ovire, kot so stopnice. Zadovoljni pa smo bili s tem, da smo vse ostale ovire uspešno premagali, na progi smo bili hitri in navdušili smo ostale ekipe, kar je bila odlična popotnica za nadaljnji razvoj.

Sledile so počitnice. Po počitnicah pa se ekipa ni nikoli več zbrala v enaki sestavi. Eno leto napornih preizkušenj, različni pogledi na nadaljnji razvoj in zaključevanje rednega študija so terjali davek in potrebno je bilo sestaviti novo ekipo. Izgubilo se je veliko izkušenj, preurejanje ekipe pa je pomenilo tudi tretjino leta izgubljenega časa. Razvoj novega prototipa se je pričel šele decembra 2015, torej 10 mesecev pred tekmovanjem. In potrebno je bilo rešiti najtežji problem, vožnjo preko stopnic.

Nastal je povsem nov koncept robotskega invalidskega vozička. Če je imel prvi voziček le štiri motorje, smo na končno verzijo sistema namestili kar štirinajst električnih pogonov, kar predstavlja bistveno večjo kompleksnost. Zastavljene časovnice projekta se iz različnih razlogov nismo uspeli držati. Zamujali smo na vseh področjih. Prve sestavne dele za voziček smo dobili tri mesece po predvidenem roku. Število neprespanih noči se je večalo, prav tako zaskrbljenost glede uspeha projekta. Tokrat počitnic ni bilo.

S pričetkom sestavljanje vozička so prišla tudi prva olajšanja, a hkrati nove skrbi. Vožnja preko stopnic temelji na goseničnem pogonu, ki je na šasijo vozička vpet preko mehanizma Čebiševa. Ko smo mehanizem prvič sestavili, smo ugotovili, da ne deluje tako, kot smo predvideli. Prepozno za spremembe, časa ni bilo več. Po začetnem šoku pa se je pokazalo, da je napaka pri načrtovanju dejansko največja prednost mehanizma Čebiševa, ki je omogočila udobno vožnjo preko stopnic. Nadaljevanje projekta je bilo sicer intenzivno, a v skladu z načrti. Dokler se dva tedna pred tekmovanjem ni zgodila napaka, ki bi v normalnih okoliščinah pomenila konec projekta. Zaradi napake v programski opremi sta zgoreli navitji dveh motorjev. Zamenjave ni bilo mogoče dobiti, brez motorjev pa vožnja preko stopnic ne bi bila mogoča. Toda tudi to ni pomenilo konca. V nekaj urah smo našli podjetje, ki je preko vikenda izvedlo novo navitje motorjev in teden dni pred tekmovanjem, 30. septembra 2016, končno hevreka. Voziček deluje kot smo načrtovali, omogoča vožnjo preko vseh ovir in je hiter.

Pred tekmovanjem je bilo potrebno opraviti še varnostni preizkus, kjer ni bilo težav. Končno smo bili na tekmovanju. Predtekmovanje je bilo stresno, saj nismo poznali konkurence. Toda sledila je uspešna uvrstitev v finalno vožnjo. Pred finalno vožnjo pa nova tehnična okvara, ki je ekipi dvignila srčni utrip. Kot se je okvara nenadoma pojavila, je tudi izginila in finalna vožnja je bila brezhibna. Robi Bojanec, naš voznik, je progo izpeljal brez napak in se uvrstil na tretje mesto. Pred nami sta bili ekipi iz Švice in Hongkonga. Odličen uspeh z malce razočaranja. Švicarji so namreč razvili voziček, ki premaga natančno tri stopnice na tekmovanju, ekipa iz Hongkonga pa je tekmovala z goseničarjem. Toda uspeh je bil izjemen in je odmeval v laični in strokovni javnosti. Tekmovanje je v celoti predvajala švicarska nacionalna televizija. Nadaljevanje zgodbe pa predvidoma sledi leta 2020.

Podrobnosti projekta:

PODOBNIK, Janez, REJC, Jure, ŠLAJPAH, Sebastjan, MUNIH, Marko, MIHELJ, Matjaž. All-terrain wheelchair : increasing personal mobility with a powered wheel-track hybrid wheelchair. IEEE robotics & automation magazine, ISSN 1070-9932, Dec. 2017, vol. 24, no. 4, str. 26-36.

MIHELJ, Matjaž, REJC, Jure, PODOBNIK, Janez, ŠLAJPAH, Sebastjan, ČEPON, Peter. Robotski invalidski voziček. V: MUNIH, Marko (ur.). SI robotika. Ljubljana: Slovenska matica. 2017, str. 65-76,

 

Kako motivirati v motorični rehabilitaciji za bolj uspešno vadbo

(piše Janez Podobnik, Fakulteta za elektrotehniko)

Pri interakciji med človekom in robotom nas v prvi meri zanima informacija o gibanju in sili med robotom in človekom. Tako je tudi pri rehabilitacijski robotiki, saj je glavni namen uporabe robotov pri rehabilitaciji namenjen za motorično rehabilitacijo, ker sta seveda hitrost in sila tisti veličini, ki jih nastavljamo za različne stopnje rehabilitacije in ocenjevanja motoričnega stanja človeka. Dolgoročni cilj motorične rehabilitacije je seveda izboljšanje motoričnih sposobnosti uporabnika (običajno so to bolniki po kapi ali drugih nevroloških poškodbah), to pa lahko dosežemo samo ponavljajočo in intenzivno vadbo. Potrebno je poudariti, da mora biti intenzivnost vadbe primerna, torej ne previsoka, ker bi se uporabnik prekomerno utrudil in predčasno zaključil z vadbo, ne sme pa seveda biti intenzivnost vadbe prenizka.

Vadba mora biti torej zanimiva, da bo uporabnik motiviran vadbo izvajati čim večkrat in čimbolj zavzeto. Razvijalci aplikacij za vadbo v rehabilitaciji se zato poslužujejo uporabe navidezne resničnosti in razvijajo scenarije za vadbo, ki zelo spominjajo na računalniške igre. V zadnjem času se je zato razvilo področje tako imenovanih resnih iger (ang. serious gaming), ki so namenjene za vadbo, ne samo na področju rehabilitacijske robotike. Z uporabo iger je torej mogoče motivirati uporabnika, da se vrača k vadbi.

Za uspešno vadbo pa je nazadnje potrebno med samo vadbo ustrezno nadzorovati intenzivnost same naloge, ki jo pri motorični rehabilitaciji izvaja uporabnik. Vadba ne sme biti prelahka, ker sicer uporabnik ne bo napredoval, ne sme pa biti prezahtevna, ker lahko prehitro utrudi uporabnika. Vadba, ki je prezahtevna pa ima lahko tudi dolgoročen negativen vpliv, saj lahko demotivira uporabnika. Vpliv intenzivnosti vadbe je mogoče določati z merjenjem psiho-fizioloških odzivov. Z merjenjem psiho-fizioloških odzivov lahko ocenjujemo psiho-fiziološko stanje uporabnika. Pri tem ne gre za ocenjevanja počutja uporabnika, torej psihološkega stanja uporabnika, saj je počutje uporabnika odvisno od cele vrste vplivov, na katere z vadbo ne moremo vplivati. Psiho-fiziološki odzivi, ki jih merimo so povezani z mejenjem srčnega utripa, prevodnosti kože, merjenjem temperature na prstu uporabnika (občasno tudi  ritem dihanja in krčenje mišic na čelu uporabnika).

Na podlagi psiho-fizioloških meritev je mogoče določiti parametre, ki jih s še drugimi parametri, ki so povezani z hitrostjo gibanja, silami interakcije, uspešnostjo izvajanje igre, združimo v algoritem za avtomatsko nastavljanje zahtevnosti vadbe. Na ta način je tekom same vadbe doseženo prilagajanje zahtevnosti vadbe, ki je prilagojena sposobnostim uporabnika, da vadba zanj predstavlja ustrezen izziv, ob katerem bo lahko napredoval v svojih motoričnih sposobnostih.

Predstavljene principe smo v Laboratoriju za robotiko realizirali na dveh mednarodnih projektih: MIMICS (Multimodal Immersive Motion Rehabilitation with Interactive Cognitive Systems) ter LINarm++ (Affordable and Advanced LINear device for ARM rehabilitation). Pri MIMICS projektu je sodelovalo tudi večje število bolnikov po kapi, izkušnje na tem projektu pa so omogočile razvoj različnih variant algoritma, ena od teh variant je bila nato relizirana na LINarm++ projektu.