如果你曾经有过两手不够用的情况,那么你很幸运!感谢发表在科学机器人在美国,人类有能力用意念控制机械臂完成任务——同时用他们的生物四肢控制另一只机械臂。

可能性是无穷无尽的:当你努力打开门时,没有更多的杂耍钥匙。或者停止打字,因为你需要一口或饮料。或者试图稳住梯子,同时爬上它。或在魔兽世界中进行史诗般的袭击时刮伤你的鼻子(我从经验中发言)。

因为脑机接口只需要一个电极帽,这项技术可能会成为我们中间多任务处理者的广泛祝福。

用意念控制的第三只手臂已经够酷了。人类的大脑有能力操纵另一个肢体,就好像这是与生俱来的一样,这更酷。但除此之外,研究还表明,随着时间的推移,佩戴假肢实际上可以培养佩戴者自己的多任务处理能力,即使是在扔掉多余的假肢之后。

“多任务化倾向于反映改性关注的一般能力。如果我们可以使用脑机接口让人们这样做,我们可能能够提高人类能力,“说过研究作者Shuichi Nishio博士在日本京都的高级电信研究所国际上。

完全武装

虽然这个领域思维控制的假肢主要集中在取代丢失的四肢,一个名为Supernumerary机器人四肢(SRL)的领域侧重于增强额外的四肢能够的身体。希望是一天的机器人能够帮助你做一些令人讨厌,不舒服,不可能的事情或不安全的事情。

已经成功了。有“鼓手手臂套件“这让其用户与真正的手合作播放音乐。几乎,早在2014年,一个在麻省理工学院的一支球队开发了一双武器,你可以在肩胛骨上穿(和另一个从你的腰部出来)。在建筑背景下的演示中,该团队表明了假肢臂如何帮助其佩戴者举重沉重的作品,而他的生物臂连接到天花板上。

在这样的情况下,机器人臂使用陀螺仪和加速度计数据来对穿着者试图做的事情进行受过教育的猜测,并构建一组“行为模型”。虽然有用,但手臂几乎没有像穿着者身体的正常延伸一样进行。(并且由于软件中的错误而无法控制的机器人手臂脱离的想法是没有恐怖的。)

一种更直观的增强人类肢体的方法是模仿自然。与其给机器人假肢一个软件大脑,不如直接用大脑活动控制它。

但一开始就有一个问题:大脑控制的机器人需要复杂的软件,仅通过阅读脑电波就能破译人的意图。在替换缺失肢体的假肢的案例中,佩戴者的注意力集中在用机械手臂执行任务上。这就产生了一个清晰的大脑信号,可以被大脑阅读软件接收。

但是,当一个身体健全的人戴上一只手臂来执行多重任务时,问题就变得复杂得多了。本质上,读心术软件现在必须理清两组仅仅基于大脑测量的电信号的意图。

“用大脑和多任务控制控制身体增强设备是人体增强中的两个主要目标,”作者说,但“对我们的知识,没有BMI研究已经探索了对SRL的控制来实现多任务处理。”

开裂的意图

为了解决这个问题,Nichio和他的同事Christian Penaloza招募了15名志愿者,给他们配备了义肢和脑电波读取帽。

当你考虑执行某种动作时,大脑中与运动相关区域的神经回路会产生电信号,放置在头皮上的电极阵列可以接收到这些信号。每个动作都产生一个独特的活动模式,就像指纹一样。

在一个普通的脑机接口中,算法通过读取记录的脑电波来梳理出用户的意图。然后,该软件操作机械臂,形成了一个无缝的体验,让用户感觉他们正在用自己的思想控制机械臂。

要求参与者坐在安装有机器人手臂的椅子上,战略性地放在一个让他们觉得自己是身体的一部分的位置。要开始,每个参与者都被要求使用自己的手臂在佩戴电极盖的同时使用自己的手臂在板上平衡球,从而从大脑上拾取电活动。

接下来,志愿者将注意力转向机器人手臂。坐在同一个椅子上,他们练习想象使用假肢拾取瓶子,同时记录其脑活动模式。附近的计算机学会破译这种意图,并指示机器人手臂相应行动。

接下来是有趣的部分:志愿者被要求同时做这两种动作:用自然的手臂平衡球,用机械手臂抓住瓶子。15名参与者中有8人成功地完成了这两个动作;总的来说,研究小组在大约四分之三的时间里完成了半机械人的多任务处理。

机器人的大脑

当团队挖掘他们的数据时,他们发现他们可以在统计上将小组分开成好的和坏的表演者。后者挣扎着两个任务,成功管理了一半的时间。

这不是说算法不起作用,作者解释说。相反,它可能代表本集团的自然蔓延,以其多任务的能力。

以前的研究表明,我们不能同时关注两个(或更多)任务;术语“多任务”是一个错误的人。相反,某些人可以在不同的事情之间迅速切换完全关注,导致一次管理多个项目的幻觉。

情况似乎是这样的:表现差的人在专注于一项任务时表现得很好,但在同时面对两项任务时表现不佳。

作者说:“这两种任务可能都需要同一个活跃的大脑区域来处理不同类型的信息,或者一个特定的大脑区域在同时进行的任务中被激活,从而影响到另一个活跃的大脑区域在主要任务时的活动。”

更广泛的是,参与者拿起这两个任务的快速。

该团队充分预期更好地表现更加自然的机器人武器,这可能会增加佩戴者对手臂的所有权感。作者们通常需要多次培训会议达到他们达到的性能水平。

这是很可怕的。这表明,利用该系统作为生物反馈,有可能提高人类在多任务中的运动能力。而机械手臂的美妙之处在于,比起全身的外骨骼,它的束缚要小得多,使这项技术更容易操作。

这是第一种能用意念控制的机器手臂,可以同时执行多项任务。佩纳洛扎说:“这就是它的特别之处。

展望未来,该团队希望进一步增强机器人手臂的情境感知能力,以补充大脑发出的命令。例如,可以在手臂上安装计算机视觉功能,以识别周围的物体和环境,并进一步优化行为以匹配用户意图。

电子人的时代正在迅速衰落。现在的问题是:如果你有第三只手臂,你会如何使用它?

图像信用:鼓舞人心的/Shutterstock.com

Shelly Xuelai Fan是一个神经科学家转向科学作家。她在不列颠哥伦比亚省大学的神经科学中完成了博士学位,在那里她开发了新的神经变性治疗方法。在研究生物脑的同时,她对AI和所有东西都很着迷。毕业后,她搬到了UCSF,研究了恢复老年大脑的基于血液的因素。她是 ...

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