【我們為什麼挑選這篇文章】糟了,是八爪(其實只有六爪)博士!先別說電影情節了,但可以由大腦操控的手臂,確實有非常多的應用場景,包含協助殘疾人過上方便的生活,包含讓現存的人類實現多工,這些都是充滿潛力的應用場域。(責任編輯:林子鈞)

交計畫書、接電話回消息、同時還想訂個外賣……焦頭爛額的多任務場景下,每個職場人都希望自己有三頭六臂!

日本的一家研究院正朝著這個目標努力。

日前,日本 Hiroshi Ishiguro 實驗室的研究人員宣佈,他們成功研製出了一種神奇的黑科技——多任務場景下的機械手臂。

但如果這項黑科技只是能讓我們多出一條能夠意念控制的輔助手臂的話,炫酷指數似乎還是低了一些。這項技術真正讓人激動的地方在於,提高了用戶的多任務處理能力。

用戶在佩戴上這種設備後可以在腦海中同時想像兩個任務,機器人可以自動解析出這兩個任務中哪個是給它的,然後再幫你完成這項任務。

「多任務往往反映了一個人注意力切換的能力,如果我們能夠讓用戶只通過大腦就能和機器進行交流,那我們就可以提升人類的能力了。」

Shuichi Nishio 是日本京都國際先進研究所的首席研究員,他和同事 Christian Penaloza 一起合作開發了這項技術。

Gif 來自 Hiroshi Ishiguro 實驗室/日本國際電氣通信基礎技術研究所(ATR)

Nichio 和 Penaloza 開發了一個能夠讀取腦部電生理信號並據此識別出不同目標動作的算法。

我們知道,當一個人想要完成一個物理動作並在大腦中思考這個動作(比如撿起一瓶水)的時候,腦部特定區域的神經元就會被激活,從而產生一種與之對應的腦部生理電信號活動模式(下文稱為腦電模式),這種運動和腦電模式的關聯通常是一一對應的。

所以當大腦想著做另一種任務的時候(比如碼一摞盤子),大腦就會產生另外一種不同的腦電模式。

在現在的技術條件下,腦電信號的採集技術已經很成熟了,通過貼在頭皮上的無創電極即可實現(電極就在圖中的帽子裡面)。

在採集到信號之後,我們就可以通過算法模型來對其進行解讀,從而識別出每種腦電背後的真實動作。

在識別出運動種類之後,設備就能控制機器手臂幫助用戶完成這項任務了。這種系統通常被稱為 BMI(腦機接口,Brain-Machine Interfaces)。

為了驗證系統的有效性,Nishio 和 Penaloza 使用了 15 個健康的人類志願者進行了試驗,並記錄下了他們在進行多任務思考時候的腦電信號。

每個受試者都被要求戴上一個電極帽子,並在坐立姿態下用雙手去平衡一塊板子上的球,與此同時,計算機記錄了他們的腦電信號。

在接下來的試驗中,受試者被要求保持相同的姿勢,但不同的是是,這次實驗環境中多出了一個機械手臂,受試者被要求看著機械手臂並讓它抓住旁邊的一個瓶子。

計算機通過收集每個受試者的腦電信號,識別出抓住瓶子的意圖,然後通過驅動機械手臂來完成這個任務。

圖片來自Hiroshi Ishiguro實驗室/日本國際電氣通信基礎技術研究所(ATR)

之後,受試者需要在平衡球的同時控制機械手臂抓瓶子。根據報導,在計算機的幫助下,受試者們一邊平衡球一邊抓住水瓶的成功率大概是 3/4。

實驗中一些受試者的多任務的表現比其他人要好很多。「人們的表現有顯著差異,表現好的人的多任務操作成功率能夠達到85%,表現不好的人的成功率可能只有 52%」,Penaloza 說,「得分低並不是因為BMI的識別精度低,它只能說明這部分人從一個任務轉到另一個任務的注意力切換能力差」(職業甩鍋……)

有意思的是,受試者學習同時執行兩個動作的速度特別快,通常情況下這應該需要很多的訓練才行。Nishio 和 Penaloza 表示,通過使用這套 BMI 系統,人們能夠得到更多正確的反饋,並幫助人們更好的學習多任務工作。他們正在繼續研究這種現象,並希望它能夠用於醫療領域。

我們之前也見過一些外置的機械手臂,比如:

用於四肢癱瘓人群的腦控手外骨骼

慣性控制的雙機械臂

疼痛感知假肢

機器人運動員

能夠幫助斷肢樂手打鼓的機械手臂

「在用一個普通的 BMI 設備完成一個任務的時候,通常需要用戶特別特別專注地去想這個動作才行」,Penaloza 說:「但是在我們這套設備裡,有兩個完全不同的任務同時在大腦裡迴蕩,這也是我們設備的特別之處。」

目前來看,這項技術對於殘疾人來說是一個福音,但是對於健全人來說,這套系統的用處還是不夠明確。然而,多出一條手臂的想法還是引起了許多研究人員和哲學技術家的暢想:「當人類擁有了第三條手臂的時候,它會被用於哪些任務呢?」

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(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈日本最新研究:從你腦中自動領任務的機械手,三頭六臂不是夢〉)