非常神奇的机械臂，可以用意念控制
发布时间：2018-10-31 16:26:44
今天为大家介绍四个可以用意念控制的机械臂，
它们犹如天使的翅膀，使迫切需要它们的人重获新生！
同时，肢体健康的人通过这些机械臂也能体验到“意念操控”的乐趣……
7岁失臂女孩珍妮
这个名叫Eason的19岁的男孩，用了5年时间，凭借一己之力，突破重重困难，
成功研发出了可意念控制的机械手臂，被媒体誉为“下一个比尔盖茨或乔布斯”。
不仅在白宫受到奥巴马的亲自接见，还接到了NASA的工作邀约。而他所做的一切，仅仅是为了帮助一个小女孩。
介绍四个可以用意念控制的机械臂
那时Eason还只有14岁，遇到了生来没有手臂的7岁女孩珍妮，
对设计、电子和编程几乎一无所知的他，凭借信念和兴趣从零开始，
一头扎进车库，只为改变小女孩的生活。
Easton的发明历经了无数次迭代，
从韧带材料选择到肌肉动力来源，从3D打印到操控方式的优化，
从机械臂的三维设计，到电子元件与编程
他不断收集残障人士的反馈，一次又一次优化改进
在第四版的产品中，在专家们的蔑视、嘲笑和不看好中，
用3个月时间攻克了世界级难题——用脑电波控制手臂。
这款机械臂功能强大，基本可以完成一系列高难度动作。
握手、抓取物体
传球
Easton的发明除了螺丝、齿轮等零件几乎都可以用3D打印制作出来，
将义肢的成本从80000多美元降低至500美元，并在网上公开了程序代码，
让所有人都能通过网络下载，从而帮助更多的残障人士。
介绍四个可以用意念控制的机械臂
高位截瘫患者简·舒尔曼
上图机械的发明者来自匹兹堡大学医学中心，是珍妮弗·L·克林格博士率领的研究团队。
他们帮这位53岁的高位截瘫患者简·舒尔曼，成功掌握了用大脑控制机械臂，
进而完成一系列复杂手部动作的技能。
比如用大脑控制手臂抬起来，和边上的研究人员握个手。
慢慢地将手臂移过去，张开手，捡起放在桌上的小球。
将物品递给身边的珍妮弗博士，举起来，再松开手，
完成这些动作，需要用到4mmx4mm大小、具备96个微型触点的电子芯片，
在芯片通过手术植入患者大脑之前，研究者们会利用成像技术，详细分析患者大脑的功能区域，找出大脑中控制手臂及手掌的区域。
与芯片相连的接口会被留在外面，人脑会以生物电信号的形式控制肢体，
植入大脑的芯片捕捉到电信号以后，通过接口传送给计算机，对信号加以解析，
随后计算机命令机械臂做出相应的动作。
失去部分肢体的猴子
在研究大脑与机械臂互连互通的领域，芝加哥大学的尼古拉斯·海佐波勒斯教授，
曾在猴子身上用同样的原理做过对照实验，
研究由于肢体残缺而长期闲置的大脑职能，
有没有可能在机械手臂的训练下，重新启用甚至恢复。
试验一共选取了三只因故失去部分肢体的猴子，并将它们分为两组，
命名为Monkey-Z的一组，
芯片植入在有完整肢体那一侧的大脑皮层。
而命名为Monkey-K的一组，
芯片植入在肢体缺失那一侧的大脑皮层。
下图简略显示了植入芯片的大脑皮层当中，
相应神经网络连接的密度与强度。
可以很清晰地看到，
最终两组猴子的神经网络都得到了增强。
也就是说，经过大量地使用大脑操纵机械臂后，
原本因为失去肢体而退化的神经连接，
重新恢复了部分功能，
并且可以训练大脑进行一些之前没做过的任务，
这深刻地显示了大脑的适应性和神经的可塑性。
下图为猴子在用大脑直接操控机械臂。
在2016年，该实验中心又招募了新的志愿者来开展研究。
高位截瘫患者内森·科普兰是其中一员，
通过一项叫做皮层内微刺激的技术，
研究人员利用植入大脑内部的芯片，
成功绕过脊柱，直接对大脑释放触觉电信号，
以此让内森的大脑产生「触觉」的感觉。
但是随着训练次数的增多和大脑的恢复，
内森现在可以感受到手上的压力，
并在一定程度上感知到压力的强弱了。
将眼睛蒙上以后，研究人员触碰手指，
内森可以清楚地说出被触摸的是哪一根。
兹堡大学的研究人员们表示，
它们最终的目标是做成一个完全仿真的机械手臂，
有触觉，能感觉温度，还能自由操作。
首例无需植入芯片的普通人
美国明尼苏达大学的研究者在去年年底取得了一项重大突破，
让普通人在没有植入大脑电极的情况下，
只凭借“意念”，在复杂的三维空间内实现物体控制，
包括操纵机器臂抓取、放置物体和控制飞行器飞行。
介绍四个可以用意念控制的机械臂
该研究成果有望帮助上百万的残疾人和神经变性疾病患者。
相关论文已经在 Nature 旗下期刊 Scientific Reports 以开放获取的方式发表。
介绍四个可以用意念控制的机械臂
受试者只需要通过想象，他们就能真实地移动机械臂。
这项研究基于脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）技术，
通过一顶包含了64个电极的 EGG 帽子
记录受试者大脑中的微弱电流活动。
随后，这些信号会被输入一台计算机，通过先进的信号处理技术和机器学习算法，
将记录下来的这些“思维信号”转化为行动。
介绍四个可以用意念控制的机械臂
所有参与实验的人都能保持抓取物体的成功率在 80% 以上，
在把物体放回到货架上的成功率超过 70%。
介绍四个可以用意念控制的机械臂
（试验设置：在15个 session 中，受试者需要对物体依次实现不同级别的控制：仅控制虚拟鼠标，用机械臂抓取四个物体、五个物体、以及随机在货架上抓取目标物体。来源：论文）
下面视频展示了受试者头戴EGG帽，控制飞行器在复杂的三维空间中飞行及其原理。
意念控制最初是指人的大脑有意识地控制自身的言语和行为。
而在20世70年代，研究人员提出了用意念支配机械，
以帮助四肢残疾和脊髓受损的人重新行走和支配上肢的行为。
但是，这个提法的术语准确地说并非是意念控制，而叫脑机接口，
脑机接口（BCI）技术旨在提供人类大脑和外部设备之间连接的桥梁。
今天介绍的这四个机械臂都是脑机接口的应用，而最后一个表明了使用非侵入性BCI技术对假肢进行人为操作的可行性。
相关产品：直线模组机械臂，滑台机械臂。
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