科學家研發了現實版“無限手套”,能抓能感知,幫助肢體恢復功能

我們每天執行的許多動作都依賴於我們雙手的精確動作。對於上肢截肢的人來說,假肢可以恢復一些大多數人認為理所當然的功能。

只是這些假肢通常很重、很硬而且很貴。最近研究人員使用了一種稱為

神經假肢不僅是一種感覺

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但是研究人員不僅將手用做抓取裝置——手還可以為我們觸控的任何東西提供觸覺反饋。為了最好地複製人手,理想的神經假體會將這兩種功能結合在一個輕便靈活的包裝中。

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研究團

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透過計算機建模所需使用的壓力大小,

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使用者可以做的不僅僅是控制假肢手指的位置,由於指尖中的壓力感測器,傳送回肢體的電訊號提供有關每個手指所觸控內容的反饋。

這些電脈衝使使用者能夠“感受到”人造手指上的壓力,並知道例如正在觸控手上的哪個手指。

初步穿上觸覺神經手套動手實踐

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當研究人員與志願者一起測試這種新型智慧假手時,在典型的手功能測試中,它的效果至少與傳統神經假肢一樣好。

使用者不僅能夠處理識別食物、物體和工具,並且能帶上手套自然地使用它們,同時還能夠與周圍的其他人、動物及其環境互動。

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感測器覆蓋的手套可能會導致更好的假手

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重要的是,輕巧的設計不會犧牲耐用性。儘管重量不到三分之一公斤,並且由彈性體制成,但假肢抵抗錘擊或汽車碾壓,恢復以保持功能。

雖然需要進一步的工作使這種新型假肢成為截肢患者的可行選擇,但研究人員對其潛力持樂觀態度。

這讓位於麻省理工學院的資深專家趙宣和教授感慨地說:“這還不是產品,但其效能已經與現有的神經假肢相似或優於我們感到興奮的。“

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這種低成本裝置有數百個壓力感測器,當佩戴者操縱物體時,這些感測器會產生一系列高解析度的“壓力圖”。這些地圖被輸入一個人工智慧系統時,這個系統可以識別手套中的物體。

除了提供關於手如何工作的重要資訊外,這項研究還有助於設計假手、機器人抓手和人機介面。

這種手套是研究人員用一種織物製成,這種織物塗有聚合物,當施加壓力時電阻會發生變化。手指、拇指和手掌由64根導電線交叉組裝形成548個連線點,這些連線點可以測量聚合物的電導率,從而測量手套上的區域性壓力。

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手套的資料輸出是一個32×32畫素的“壓力圖”,它以大約150個灰度的灰度記錄著每個畫素處的壓力。資料以每秒7。3幀的速度獲取,手套的製作和讀出電子裝置成本約為1000元左右,可以說是相當的經濟實惠。

觸覺資料庫

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感測器手套用於獲取包含135,000個壓力圖的“觸覺資料庫”。這是透過讓佩戴者在持續3-5分鐘的會話中用一隻手操作26個日常物品來完成的,這些物品包括一把剪刀、一卷膠帶、一個杯子和一個飲料罐等。

如今人工智慧在

為了識別物體,研究團隊建立了一個

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其實,人類可以很好地識別和處理物體,因為我們有所謂的觸覺反饋。當我們觸控物體時,我們會感覺周圍並意識到它們是什麼,機器人卻沒有那麼豐富的反饋。

在評估一個物體時,卷積神經網路首先會將相似的壓力圖組合成簇類——每個簇對應於對物體的特定抓握,也就是使用類比法的深度機器學習。

然後從每個叢集中選擇一個代表性地圖來建立一組與特定物件相關聯的地圖,最後透過將物件的壓力圖與代表性圖集進行比較,訓練神經網路以識別被操縱的物件。

總結

科學的進步對人類的影響是顯而易見的,科幻中許多理想的科技,在人類看來不是很遙遠,雖然現實版的無限手套嵌入的不是寶石,而嵌入手中的只是一些神經感測器,目的是幫人先天殘疾的人士恢復肢體完整的功能。即使是這樣,跟科幻相比微不足道,但對殘疾人來說這已經是很偉大的創舉。

感測器手套目前離靈活應用手套的程度還需要一段時間,最初為了估計物體的重量,研究團隊建立了一個單獨的資料集,其中包含11,600個壓力圖,這些資料是在物體被撿起、握住然後掉落時獲取的。在這種情況下,神經網路系統被訓練為根據保持物體所需的壓力來計算物體重量。

據研究團隊稱,這個系統能夠以

手套還提供了有關手的不同部分如何協同工作以執行某些任務的理論見解。他們發現,當受試者使用食指的中間關節時,他們很少使用拇指,相反地,他們發現使用食指和中指的指尖總是對應於拇指的使用。

這項研究可以幫助工程師模仿手的功能來製造更好的假肢和機器人抓手。用觸覺手套覆蓋機械手可以給裝置一種觸覺,讓它們以更逼真的方式操作。此外,計算機視覺演算法可以適用於手套,從而催促產業鏈在現有的基礎之上產生涉及觸覺感知的新技術。

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