Trí tuệ nhân tạo – từ điều khiển thân thể đến nói bằng suy nghĩ

1. Tối 10-10- 2006, sau một ngày ra biển đánh cá, lúc về đến nhà ở Pacific Grove, bang California, Dennis DeGray chợt nhớ ra rằng mình vẫn chưa đổ rác. Lúc ấy trời mưa khá lớn nên ông xách cái túi rác, chạy nhanh ra sân nhưng khi vừa xuống những bậc tam cấp, ông trượt chân ngã ngửa. Kết quả chụp cắt lớp cho thấy ông gãy đốt sống cổ thứ 2 và thứ 3. Theo chẩn đoán của các bác sĩ chuyên khoa chấn thương chỉnh hình, ông bị liệt vĩnh viễn từ xương đòn trở xuống.

Từ đó, chiếc giường và chiếc xe lăn là nơi “thường trú” của DeGray. Không thể cử động chân tay, ông chỉ nằm hoặc ngồi một chỗ. Mọi sinh hoạt cá nhân đều phải có người giúp. Ông nói: “Sự giải trí duy nhất của tôi là xem truyền hình. Ngày qua ngày, tôi dần quen với bi kịch”.

May mắn thay, đến cuối năm 2020, trong một sự kiện gây quỹ nghiên cứu tế bào gốc được phát trên truyền hình, DeGray nhìn thấy giáo sư Jaimie Henderson, chuyên về giải phẫu thần kinh tại Đại học Stanford trong một bài phát biểu. Bằng cách nhờ đứa con trai gửi một email cho Henderson, ông kể về trường hợp của mình. Nhớ lại chuyện này, DeGray nói: “Lúc ấy tôi chẳng có hy vọng gì, nhưng khi giáo sư Henderson trả lời cho tôi, ông ấy đã gây ấn tượng với tôi bằng một câu hỏi duy nhất: “Bạn có muốn điều khiển drone (máy bay không người lái) không?”.

Từ đó, sự liên lạc giữa Henderson và DeGray ngày càng gắn bó. Theo Henderson, ông và các đồng nghiệp đang phát triển công nghệ “brain - computer interface” (tương tác não - máy tính) để người bị liệt có thể thực hiện một số thao tác như điều khiển máy tính, drone, nghe điện thoại, cầm nắm đồ vật…, thông qua một cánh tay robot. Vẫn theo Henderson, nếu ông DeGray đồng ý tiến hành thực nghiệm này thì Henderson sẽ làm thủ tục xin cấp phép.

Mùa hè 2016, mọi thủ tục hoàn tất. Trong phòng mổ của bệnh viện Đại học Stanford, giáo sư Henderson cùng các cộng sự mở hộp sọ của DeGray rồi cấy vào vỏ não 4 mảng điện cực kích thước 4mm x 4mm. Mỗi mảng gồm 100 cảm biến  ghi lại các xung điện phát ra từ phần não có chức năng điều khiển vận động tay chân.

1 tuần sau cuộc cấy ghép, nhóm nghiên cứu Henderson đến nhà DeGray rồi cho ông  ngồi trước màn hình máy tính, hiển thị một vòng tròn gồm tám chấm trắng. Nhiệm vụ của DeGray là dùng sự suy nghĩ, di chuyển con trỏ về phía các chấm trắng để nó chuyển sang màu xanh. Theo giáo sư Henderson, máy tính dùng cho thử nghiệm gồm một phần mềm giải mã các suy nghĩ trong não bộ DeGray, thông qua một thuật toán được viết bởi David Brandman, nghiên cứu sinh tiến sĩ khoa học thần kinh thuộc tập đoàn BrainGates, cộng tác với nhóm Stanford.

Ông DeGray kể: “Tôi nhìn vào con trỏ trên màn hình rồi nghĩ rằng mình phải đưa nó đến chỗ những chấm trắng. Kỳ lạ thay, tôi vừa nghĩ xong thì con trỏ lập tức di chuyển. Tôi thử lại bằng cách muốn nó rẽ sang trái thì nó cũng rẽ sang trái”. Chỉ trong 17 giây, DeGray lần lượt đưa con trỏ vào đúng 8 chấm sáng với kết quả là tất cả đều chuyển sang màu xanh.

Thành công với thử nghiệm đầu tiên, giáo sư Henderson tiến hành bước thứ 2 nhưng lần này thì khó hơn: Trên màn hình máy tính xuất hiện bảng chữ cái. Ông DeGray kể lại: “Giáo sư Henderson bảo tôi bằng cách suy nghĩ, hãy viết một bức thư cho ông ấy, thể loại gì cũng được”. Hình ảnh xung điện của các tế bào thần kinh trong não DeGray được nhóm Henderson ghi lại cho thấy khi DeGray suy nghĩ mẫu tự gì thì trên màn hình lập tức xuất hiện mẫu tự ấy. Kết thúc cuộc thử nghiệm, DeGray đã gõ được 18 từ trong một phút, trở thành “người đánh máy bằng ý nghĩ nhanh nhất thế giới”. Chẳng những thế, không chỉ giao tiếp với người khác qua email, DeGray còn có thể chơi trò chơi điện tử, điều khiển máy bay không người lái và mua sắm trên Amazon!

Theo Giáo sư Henderson, sự thành công của công nghệ “brain-computer interface” đồng nghĩa với việc những người bị liệt toàn thân vẫn có thể làm được nhiều việc. Nathan Copeland, người bị liệt từ ngực trở xuống trong một tai nạn xe hơi vẫn có thể “bắt tay” Tổng thống Obama khi ông đến thăm hồi năm 2016 qua cánh tay robot, hay như Pancho, 36 tuổi, bị liệt và mất tiếng nói từ năm 20 tuổi sau một tai nạn xe hơi dẫn đến đột quỵ. Với 128 điện cực đặt trên vỏ não, xử lý các xung điện ở vùng não liên quan đến giọng nói, Pamcho đã có thể nói được bằng ý nghĩ thông qua một chiếc loa phát âm.

2. Và không chỉ có nhóm của Giáo sư Henderson quan tâm đến Al dành cho người khuyết tật. Mười năm trước, lúc mới học lớp 3 và lúc xem bộ phim khoa học giả tưởng “60 Minutes” nói về một bộ phận giả trong cơ thể con người, điều khiển bằng trí óc đã khiến Choi, người Mỹ gốc Hàn Quốc bị cuốn hút. Sau này cậu cho biết: “Nó thật sự tuyệt diệu, nhưng tôi phân vân là trong bộ phim, để sử dụng cánh tay giả cho cô gái bị tai nạn mất tay, các nhà khoa học phải mở hộp sọ cô ra để cấy vào đó những cảm biến. Điều đó rất nguy hiểm, chưa kể chi phí lên đến hàng trăm nghìn USD…”.

Năm 2020, khi đại dịch COVID-19 hoành hành khắp nước Mỹ khiến Choi phải tạm thời nghỉ học thì bộ phim “60 phút” bỗng trở lại trong đầu cậu. Choi nói: “Do có quá nhiều thời gian rảnh rỗi, tôi tự hỏi mình có thể tạo ra một cánh tay máy, hoạt động theo ý muốn của người mang nó mà không cần phải can thiệp vào cơ thể hay không”.

Và thế là trong phòng thí nghiệm tạm bợ đặt trên chiếc bàn bóng bàn ở tầng hầm nhà mình, Choi  thiết kế phiên bản đầu tiên của cánh tay máy bằng cách sử dụng máy in 3-D, giá chỉ có 75USD của chị cậu còn nguyên liệu là một bó dây câu cá bằng nhựa. Do máy in không thể tạo ra các chi tiết dài hơn 10cm nên Choi phải in thành nhiều mảnh rồi ráp lại bằng cách bắt vít và… buộc dây thun! Tổng cộng thời gian để làm ra cánh tay ấy, Choi tốn mất 30 giờ.

Tiếp theo, phần quan trọng nhất là sự hoạt động của cánh tay. Choi giải thích: “Những cánh tay máy thế hệ thứ nhất ra đời trước đây đều có một bảng điều khiển gắn kèm theo. Thí dụ như bạn muốn cầm một ly nước chẳng hạn thì bạn phải dùng bàn tay thật, bấm vào bảng điều khiển để ra lệnh cho những ngón tay máy co lại khi cái ly đã nằm trong lòng bàn tay nó. Điều ấy có nhược điểm là mọi thao tác diễn ra khá chậm. Đến thế hệ thứ hai, nó điều khiển bằng giọng nói nhưng nó chỉ hoạt động tốt khi không gian xung quanh nó không bị nhiễu bởi những tiếng động lớn”.

Vì thế, Choi tự xây dựng một trình điều khiển cho cánh tay máy của mình. Bằng cách sử dụng ngôn ngữ lập trình Python, cũng như tham khảo các chương trình thiết lập trí tuệ nhân tạo, Choi viết thành công một thuật toán có thể nhận lệnh rồi thực hiện những suy nghĩ của người sử dụng cánh tay máy thông qua những cảm biến đặt dọc theo những dây thần kinh ở phần còn lại của cánh tay đã bị cụt. Choi nói cậu phải làm đi làm lại 75 lần thì mới hoàn chỉnh.

Ngày 6-3-2022, Choi tiến hành đánh giá tính năng của cánh tay máy. Bằng cách thuyết phục ông Morisson, người hàng xóm vốn là thợ cưa gỗ, bị mất từ khuỷu tay trở xuống trong khi làm việc, Choi đeo cánh tay máy vào vai ông sau khi đã giải thích cơ chế hoạt động.  Ông Morisson kể: “Thật là tuyệt vời. Khi tôi nghĩ mình phải co tay lên thì cánh tay máy cũng tự động co lên. Khi tôi nghĩ mình phải nắm tay lại thì những ngón tay cũng tự động nắm lại. Cánh tay ấy giống như là của chính bản thân tôi. Tôi không hề có cảm giác là mình đang… dùng đồ giả!”.

Theo Choi, giá thành sản xuất của cánh tay giả chỉ có 300USD thay vì 7.000USD nếu mua cánh tay giả có bảng điều khiển, hoặc 12.000USD nếu điều khiển bằng giọng nói. Choi cho biết các mệnh lệnh trong cánh tay giả của cậu vẫn còn khá đơn giản nên cậu cần nâng cấp để có thể thực hiện các thao tác phức tạp hơn.

Sáng ngày 12-5-2022, trước sự chứng kiến của nhiều nhà khoa học, trong đó có những nhà khoa học chuyên về trí tuệ nhân tạo thuộc Viện Công nghệ M.I.T (Massachusetts Institute of Technology), là trường đại học công nghệ danh giá nhất thế giới, Choi đã trình diễn cánh tay máy của mình. Không chỉ cầm, nắm, co, duỗi, nó còn có thể kéo một vật nặng 50kg hoặc nâng vật nặng 10kg. Choi nói: “Đối với tôi, việc làm của tôi được M.I.T công nhận có ý nghĩa rất lớn, không chỉ riêng tôi mà cả với những người tàn tật. Với một chi phí rất thấp, người tàn tật hoàn toàn có thể lấy lại phần lớn các vận động cần đến cánh tay, bàn tay”.

Sau thành công của cánh tay giả, Choi mơ ước thiết kế tay, chân giả với cấu trúc mô-đun thay vì làm từng mảnh rồi ráp lại. Nó gồm từ 26 đến 40 khớp, hàng trăm cảm biến đặt trên da ghi nhận những tín hiệu từ các nhánh thần kinh điều khiển hoạt động của cánh tay, cẳng chân, do não truyền đến. Theo Giáo sư McCommick, chuyên gia trí tuệ nhân tạo của M.I.T, thuật toán của Choi có 23.000 dòng mã, 978 lệnh, thực hiện với độ chính xác trung bình là 95% trong lúc tiêu chuẩn vàng trước đây cho một mạng trí tuệ nhân tạo tương tự chỉ đạt 73,8%.

Brock Wester, tiến sĩ Y, Sinh học thuộc Đại học Johns Hopkins, chuyên về thần kinh cho biết công nghệ của Choi rất ấn tượng: “Các thuật toán giải mã tín hiệu thần kinh của cậu ấy được gửi đến các cảm biến điều khiển cử động của cánh tay giả với thời gian thật là điều đáng chú ý. Tôi tin là trong tương lai, Choi còn có thể có nhiều đóng góp quan trọng cho người tàn tật bởi lẽ một thống kê của Bộ Xã hội Mỹ cho thấy ở Mỹ có khoảng 2 triệu người đang sống chung với việc mất một cánh tay và mỗi năm, lại có hơn 180.000 người bị cắt cụt tay vì nhiều nguyên nhân, dẫn đến những khó khăn sinh hoạt trong đời sống hàng ngày, cũng như chi phí rất lớn cho ngành bảo hiểm và an sinh xã hội”.

Hiện tại, Choi đã được Viện Công nghệ M.I.T cấp phép làm việc với các chuyên gia trí tuệ nhân tạo của M.I.T để tiếp tục nghiên cứu trong lĩnh vực… đồ giả mà như thật! Bên cạnh đó, Choi còn nhận được 2 bằng sáng chế, một về cấu trúc thần kinh và một về thuật toán giải thích sóng não do tập đoàn công nghệ Regeneron và công ty Microsoft Imagine trao tặng. Riêng với công ty sản xuất vật liệu in 3-D Poly Spectra, Inc, họ đồng ý tài trợ cho Choi in tay chân giả thử nghiệm miễn phí cho đến khi sản phẩm hoàn thiện công đoạn cuối cùng.

Theo các chuyên gia Al, tiềm năng của trí tuệ nhân tạo ngày càng lớn khi có nhiều công ty nổi tiếng cùng tham gia phát triển với hy vọng trong tương lai gần, “brain-computer interface” sẽ tăng cường khả năng của con người thay vì đơn giản là chỉ khôi phục những khả năng đã mất. Giáo sư Henderson nói: “Trong lịch sử sự sống, chúng ta chưa bao giờ gặp phải trường hợp có tâm trí mà không có cơ thể. Nhưng nếu “brain-computer interface” tiến xa hơn, suy nghĩ của chúng ta không còn lệ thuộc vào cơ thể mà là sự kết hợp giữa tâm trí và máy móc”...