身體增強新技術：機器人“第三拇指”單手擰瓶蓋、穿針引線、彈吉他

機器人“第三拇指”

人類如果多了一個額外的“機器拇指”，那么這“第三拇指”會對人們的生活和行為帶來怎么樣的改變呢？

最近，英國倫敦大學學院（UCL）研究團隊的一項新研究發(fā)現(xiàn)，使用機器人“第三拇指”（Third Thumb）不僅能做到單手擰瓶蓋、穿針引線，還可以彈吉他。

該團隊訓練人們使用“外來的”機器拇指，接受過使用拇指訓練的參與者越來越覺得拇指是他們身體的一部分。研究發(fā)現(xiàn)，使用參與者能用一只手（現(xiàn)在有兩個拇指）有效、靈活地執(zhí)行建造積木塔等任務。

該團隊研究了額外的機器拇指是否能成功實現(xiàn)增強運動能力以及它對生物的神經(jīng)表征和功能的影響。身體健全的參與者接受了超過5天的訓練，他們使用第三拇指進行了包括基于實驗室的和非結構化的日常使用。

相關研究以《機器人手增強驅動神經(jīng)身體表征的變化》為題發(fā)表在Science Robotics雜志。

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作為皇家藝術學院獲獎研究生項目的一部分，設計師丹妮·克勞德開發(fā)了名為“第三拇指”的設備，旨在重新構建人們看待假肢的方式，從替換失去的功能到擴展人類身體。

倫敦大學學院塔瑪·馬金教授的神經(jīng)科學家團隊恰好正在研究大腦如何適應身體增強，便邀請克勞德一同加入。

該研究的主要作者、倫敦大學學院認知神經(jīng)科學研究所馬金教授對媒體表示：“身體增強是一個不斷發(fā)展的領域，旨在擴展我們的身體能力，但我們對大腦如何適應它缺乏清晰的了解。

通過研究人使用第三拇指，我們試圖回答關于人類大腦是否可以支持額外的身體部位以及該技術如何影響我們的大腦的關鍵問題。”

研究的實驗設計

手部增強的行為相關性

它具體是如何來工作的呢？

據(jù)了解，第三拇指易于定制，它通過3D打印，戴在與用戶實際拇指相對的一側，在近小指的位置。用戶通過壓力傳感器對其控制，具體位置在腳上、大腳趾下方，再通過無線連接到機器拇指。這樣，兩個腳趾傳感器在感知佩戴者壓力的細微變化來控制拇指的不同運動。

參與者通過系統(tǒng)的訓練，很快學會了使用拇指的基礎知識，而培訓使他們能夠成功地提高其運動控制能力、靈活性和手拇指協(xié)調(diào)能力。參與者甚至可以在“分心”時使用拇指，例如在做數(shù)學題的同時建造一座木塊塔，或者在被蒙住眼睛的情況下也可靈活操控第三拇指。

核心研究團隊成員之一、倫敦大學學院認知神經(jīng)科學研究所和Dani Clode Design的設計師丹妮·克勞德在接受媒體采訪時表示：“我們的研究表明，人們可以快速學會控制增強設備并將其用于自己的利益，而無需過度思考。我們看到，在使用第三拇指時，人們改變了他們自然的手部動作，而且他們還報告說，機器人拇指感覺就像是他們自己身體的一部分。”

該研究的第一作者、倫敦大學學院認知神經(jīng)科學研究所寶琳娜·基爾巴說：“有朝一日，身體增強可能會以多種方式對社會產(chǎn)生價值，例如讓外科醫(yī)生在沒有助手的情況下工作，或者讓工廠的工人更高效地工作。”

手部增強后生物手部呈收縮狀

他補充說道：“這可以徹底改變假肢的概念，它可以幫助那些永久或暫時只能用一只手的人用那只手做任何事情。但要做到這一點，我們需要繼續(xù)研究復雜的、跨學科的問題這些設備如何與我們的大腦互動。”

研究人員要求參與者僅使用增強手來完成相關任務，并檢查他們開發(fā)手和機器拇指交互的能力。參與者在各種行為和大腦成像測試中進行了核磁共振掃描，旨在確認增強手的訓練前后的表現(xiàn)。

測試結果發(fā)現(xiàn)，用第三拇指增強的手在大腦感覺運動皮層中的表現(xiàn)方式發(fā)生了微妙但顯著的變化。在他們的大腦中，每個手指都與其他手指截然不同;在研究參與者中，對應于每個手指的大腦活動模式變得更加相似。

一周后，一些參與者再次接受掃描，他們大腦手部區(qū)域的變化已經(jīng)消退，這表明這些變化可能不是長期的，盡管需要更多的研究來證實這一點。也就是說，第三拇指的使用削弱了生物手的自然運動協(xié)同作用。

基爾巴說：“我們是第一個在實驗室外使用增強設備的研究，這是第一個在長時間訓練中進行多天增強的研究，也是第一個擁有未經(jīng)訓練的對照組的成功。我們的研究顯示了神經(jīng)科學家與設計師和工程師密切合作的價值，以確保增強設備充分利用我們大腦的學習和適應能力，同時確保可以安全地使用增強設備。”

馬金教授補充說：“進化并沒有讓我們準備好使用額外的身體部位，我們發(fā)現(xiàn)，為了以新的和意想不到的方式擴展我們的能力，大腦需要適應生物體的表征。”

總的來說，運動增強可以很容易地實現(xiàn)，其具有靈活使用、減少認知依賴和增強感覺的潛力的體現(xiàn)，這種神經(jīng)認知結果對于成功實施未來的增強技術至關重要。（摘自美《深科技》） （編輯/克珂）