5年前被迫截肢,5年后新假肢手臂重圆他的钢琴梦

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假体功能不再是科学幻想

当杰森·巴恩斯(Jason Barnes)2012年不幸触电时,医生们不得不从肘部对他进行了截肢。作为一个音乐家,失去右臂必然使他内心受到创伤,仅仅靠简单的修复根本难掩他的悲伤。

幸运的是,两年后佐治亚理工学院设计学教授吉尔·温伯格(Gil Weinberg)和他的实验室为巴恩斯开发了一种新的假肢,使他能够演奏他最喜欢的乐器之一:鼓。这个假肢上装有一对鼓槌,一个由巴恩斯自己控制,另一个则根据附近听到的音乐可以自主即兴演奏。

吉尔·温伯格教授和即将在Robotronica上演奏爵士乐的西蒙·机器人

巴恩斯曾经也弹钢琴,但目前大多数可用的假肢仍然不能达到演奏如此复杂乐器所需的灵活程度。因此,在创造了鼓槌假肢之后,温伯格开始创造另一种能让巴恩斯再次弹钢琴的装置,并从电影《星球大战》的角色天行者卢克的机械手臂上获得灵感,同时也从美国国防部高级研究计划局(DARPA)的一位消息人士那里受到了启发。

尽管手臂被截肢了,但巴恩斯仍然有控制他手指所需的肌肉。问题是大多数假肢使用的肌电图(EMG)传感器并不准确,这意味着温伯格和他的团队必须找到另一种方法。

温伯格解释说:“我们曾试图改进EMG对Jason的模式检测,但却无法进行手指控制。”那时候这个团队组建了一个超声波仪器。通过与佐治亚理工学院的其他教授Minoru Shinohara、Chris Fink和 Levent Degertekin 一起合作,他们将超声波探测器连接到巴恩斯的日常假肢上。

正如乔治亚理工学院所解释的那样,当巴恩斯试图移动他的被截肢的手指时,截肢手指的肌肉的运动与其他手指时看到的运动不一样。利用这一信息,温伯格和他的团队将每根手指的独特肌肉运动输入到一个能够确定巴恩斯想要移动的手指算法中。结合使用时,超声波信号和机器学习可以检测到每个手指的移动,以及它想使用多大的力。

如今,5年后,巴恩斯又能弹钢琴了。

杰森·巴恩斯的假肢手臂比其他任何人都能更快地打鼓

“这完全是一件令人兴奋的事,”巴恩斯说。他说:“这个新手臂可以让我在不改变模式或按下按钮的情况下,随心地做任何我想做的事情。我从没想过我们能做到这一点。”

实际应用

难以置信的是,温伯格认为巴恩斯新手臂所使用的技术也可以用于音乐以外的领域。根据这位教授的说法,有一天,它可以用来帮助人们完成诸如洗澡、梳理和喂食等任务。考虑到它成功地为单个手指提供足够的灵巧度使其在钢琴上演奏旋律,那么,就没有理由认为该技术不能完成使人在键盘上打字、操作智能手机或者玩电子游戏等行为。

前景不仅仅如此。正如温伯格设想的那样,未来某天即使是身体健全的人也可以通过移动手指来远程控制机器人的肢体。这听起来就像威廉·吉布森(William Gibson)《精神漫游者》(Neuromancer)中的机器人人物Molly Millions。

然而,考虑到目前人们对自动化取代了数以百万计的工人的担忧,创造让人们仍然可以“动手”的工作是必要的。但远程控制和远离危害的方式可能会缓解这种过渡,哪怕效果只是一点点。这项技术也可能孕育出一种紧急的和谐——人类、人工智能和机器人为造福所有人而共同协作,而不是人工取代生物。

有一件事是肯定的:机器人技术和人工智能将会以多种方式提升我们的能力,我们正处于完全接受它们的边缘。正如波士顿动力公司首席执行官Marc Raibert所说的那样:“当我们有机器人可以做人和动物做的事情时,它们将会非常有用。”

原创编译:梓色扬光

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