意念控制机械第三臂赋予“一心多用”新含义图片聚脂薄膜

2020-01-14 04:36

emily waltz

想象一下,在你的两只手都很忙碌的情况下命令机械臂完成工作。现在再想象一下你只需要想一想这个命令就可以控制机械臂。

图片来源:hiroshi ishiguro laboratory/atr

最近,研究人员宣布他们已经成功制造了这样一个设备。使用者可以同时想两件事情,机器人将解析哪件事是命令它做的,然后完成任务。这个装置特殊的地方(如果意念控制,多任务处理,辅助臂还不够酷的话),是它可以提高使用者多任务处理的能力。

“多任务处理反映了转换注意力的能力。如果我们可以通过人脑-机器交互完成这件事,我们就可以提高人的能力。”shuichi nishio说。nishio是日本京都国际先进电信研究所(advanced telecommunications research institute international)的首席研究员,他与同研究所的同事christian penaloza共同完成了这项研究。

图片来源:hiroshi ishiguro laboratory/atr(动图)

nichio和penaloza通过开发解读不同动作的人脑电波活动算法完成了这项壮举。当一个人想完成一些身体动作,比如拿起水杯,人脑中特定区域的神经元会活跃起来,引起针对该动作独特的脑电波活动模式。而想另一个不同的任务,比如说平衡一叠不稳定的盘子,将激发不同的脑电波活动。

这些活动相关的脑活动可以通过头皮上非侵入式电极来记录。一套经训练的算法将解译记录的电数据,分辨不同动作的脑电波模式,然后指挥机械臂根据使用者的想法移动。这样的系统称为大脑-机器互动(bmi)。

为了测试该系统,nishio和penaloza招募了15个健康的志愿者,在他们处理多任务的同时读取大脑数据。每个志愿者戴着电极帽坐在椅子上,用两只手平衡一个在板上的球,此时电脑记录他们的脑电波活动。

之后志愿者坐在同一把椅子里,这次启动连接的机械臂。志愿者想象机械臂抓住附近的一个水瓶。电脑记录他们的神经活动,检测他们想抓住瓶子的意向,然后执行这个命令。

图片来源:hiroshi ishiguro laboratory/atr

然后参与者被要求同时完成这两件事:保持板上的球平衡和意念控制机械臂。根据报道,在电脑的帮助下,参与者在75%的情况下成功完成了这两件工作。

一些参与者在实验的多任务处理部分做得比其他人都好。“个体间有很明显的区别,表现好的人在85%的情况下能进行多任务处理,表现不好的人只能在52%的情况下同时处理多项任务,”penaloza说,“低分不能反映bmi系统的精确性,而能反映实验者在不同任务之间转换注意力的能力。”

参与者如此快速地学会了如何同时完成这两件任务,这个现象十分有趣,nishio说,一般来说这需要许多训练。他和penaloza说,他们相信使用这样的人脑-机器系统将会产生良好的生理反馈,帮助人们更好地学习多任务处理。他们正继续研究这种现象,希望可以应用于治疗。

我们之前就看见过附加的肢体,比如说瘫痪者使用的意念控制的外骨骼手,惯性控制的双机械臂,可以感受疼痛的假肢,机器人运动员,甚至是通过音乐控制的打鼓手臂。

penaloza和nishio认为,这是第一个可以读取正在处理多任务的人脑活动的用意念控制的机器人。“一般来说,当你使用bmi控制什么东西的时候,使用者一定要集中精力才能完成一项任务,”penaloza说,“在我们的实验中,要完成两件完全不同的任务,这就是它与众不同的原因。”

对于有残疾的人来说,研究这种技术的需求十分明确,但是这种系统对于体格健全的人来说实用性尚不明确。不过这个很酷的因素让研究人员和至少一个哲学艺术家“头脑风暴”这个问题:如果我们有第三只手,我们将怎么使用它?

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