今天為大家介紹四個可以用意念控制的機械臂，

它們猶如天使的翅膀，使迫切需要它們的人重獲新生！

同時，肢體健康的人通過這些機械臂也能體驗到“意念操控”的樂趣……

這個名叫Eason的19歲的男孩，用了5年時間，憑借一己之力，突破重重困難，

成功研發(fā)出了可意念控制的機械手臂，被媒體譽為“下一個比爾蓋茨或喬布斯”。

不僅在白宮受到奧巴馬的親自接見，還接到了NASA的工作邀約。

而他所做的一切，僅僅是為了幫助一個小女孩。

那時Eason還只有14歲，遇到了生來沒有手臂的7歲女孩珍妮，

對設計、電子和編程幾乎一無所知的他，憑借信念和興趣從零開始，

一頭扎進車庫，只為改變小女孩的生活。

Easton的發(fā)明歷經(jīng)了無數(shù)次迭代，

從韌帶材料選擇到肌肉動力來源，從3D打印到操控方式的優(yōu)化，

從機械臂的三維設計，到電子元件與編程

他不斷收集殘障人士的反饋，一次又一次優(yōu)化改進

在第四版的產(chǎn)品中，在專家們的蔑視、嘲笑和不看好中，

用3個月時間攻克了世界級難題——用腦電波控制手臂。

這款機械臂功能強大，基本可以完成一系列高難度動作。

握手、抓取物體

?

傳球

?

Easton的發(fā)明除了螺絲、齒輪等零件幾乎都可以用3D打印制作出來，

將義肢的成本從80000多美元降低至500美元，并在網(wǎng)上公開了程序代碼，

讓所有人都能通過網(wǎng)絡下載，從而幫助更多的殘障人士。

上圖機械的發(fā)明者來自匹茲堡大學醫(yī)學中心，是珍妮弗·L·克林格博士率領的研究團隊。

他們幫這位53歲的高位截癱患者簡·舒爾曼，成功掌握了用大腦控制機械臂，

進而完成一系列復雜手部動作的技能。

比如用大腦控制手臂抬起來，和邊上的研究人員握個手。

慢慢地將手臂移過去，張開手，撿起放在桌上的小球。

將物品遞給身邊的珍妮弗博士，舉起來，再松開手，

完成這些動作，需要用到4mmx4mm大小、具備96個微型觸點的電子芯片，

在芯片通過手術植入患者大腦之前，研究者們會利用成像技術，詳細分析患者大腦的功能區(qū)域，找出大腦中控制手臂及手掌的區(qū)域。

與芯片相連的接口會被留在外面，人腦會以生物電信號的形式控制肢體，

植入大腦的芯片捕捉到電信號以后，通過接口傳送給計算機，對信號加以解析，

隨后計算機命令機械臂做出相應的動作。

在研究大腦與機械臂互連互通的領域，芝加哥大學的尼古拉斯·海佐波勒斯教授，

曾在猴子身上用同樣的原理做過對照實驗，

研究由于肢體殘缺而長期閑置的大腦職能，

有沒有可能在機械手臂的訓練下，重新啟用甚至恢復。

試驗一共選取了三只因故失去部分肢體的猴子，并將它們分為兩組，

命名為Monkey-Z的一組，

芯片植入在有完整肢體那一側的大腦皮層。

而命名為Monkey-K的一組，

芯片植入在肢體缺失那一側的大腦皮層。

下圖簡略顯示了植入芯片的大腦皮層當中，

相應神經(jīng)網(wǎng)絡連接的密度與強度。

可以很清晰地看到，

最終兩組猴子的神經(jīng)網(wǎng)絡都得到了增強。

也就是說，經(jīng)過大量地使用大腦操縱機械臂后，

原本因為失去肢體而退化的神經(jīng)連接，

重新恢復了部分功能，

并且可以訓練大腦進行一些之前沒做過的任務，

這深刻地顯示了大腦的適應性和神經(jīng)的可塑性。

下圖為猴子在用大腦直接操控機械臂。

在2016年，該實驗中心又招募了新的志愿者來開展研究。

高位截癱患者內森·科普蘭是其中一員，

通過一項叫做皮層內微刺激的技術，

研究人員利用植入大腦內部的芯片，

成功繞過脊柱，直接對大腦釋放觸覺電信號，

以此讓內森的大腦產(chǎn)生「觸覺」的感覺。

但是隨著訓練次數(shù)的增多和大腦的恢復，

內森現(xiàn)在可以感受到手上的壓力，

并在一定程度上感知到壓力的強弱了。

將眼睛蒙上以后，研究人員觸碰手指，

內森可以清楚地說出被觸摸的是哪一根。

茲堡大學的研究人員們表示，

它們最終的目標是做成一個完全仿真的機械手臂，

有觸覺，能感覺溫度，還能自由操作。

美國明尼蘇達大學的研究者在去年年底取得了一項重大突破，

讓普通人在沒有植入大腦電極的情況下，

只憑借“意念”，在復雜的三維空間內實現(xiàn)物體控制，

包括操縱機器臂抓取、放置物體和控制飛行器飛行。

該研究成果有望幫助上百萬的殘疾人和神經(jīng)變性疾病患者。

相關論文已經(jīng)在 Nature 旗下期刊 Scientific Reports 以開放獲取的方式發(fā)表。

受試者只需要通過想象，他們就能真實地移動機械臂。

這項研究基于腦機接口（Brain-Computer Interface，BCI）技術，

通過一頂包含了64個電極的 EGG 帽子

記錄受試者大腦中的微弱電流活動。

隨后，這些信號會被輸入一臺計算機，通過先進的信號處理技術和機器學習算法，

將記錄下來的這些“思維信號”轉化為行動。

所有參與實驗的人都能保持抓取物體的成功率在 80% 以上，

在把物體放回到貨架上的成功率超過 70%。

（試驗設置：在15個 session 中，受試者需要對物體依次實現(xiàn)不同級別的控制：僅控制虛擬鼠標，用機械臂抓取四個物體、五個物體、以及隨機在貨架上抓取目標物體。來源：論文）

下面視頻展示了受試者頭戴EGG帽，控制飛行器在復雜的三維空間中飛行及其原理。

意念控制最初是指人的大腦有意識地控制自身的言語和行為。

而在20世70年代，研究人員提出了用意念支配機械，

以幫助四肢殘疾和脊髓受損的人重新行走和支配上肢的行為。

但是，這個提法的術語準確地說并非是意念控制，而叫腦機接口，

腦機接口（BCI）技術旨在提供人類大腦和外部設備之間連接的橋梁。

今天介紹的這四個機械臂都是腦機接口的應用，而最后一個表明了使用非侵入性BCI技術對假肢進行人為操作的可行性。