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2016年 ， 在匹兹堡大学举行的白宫前沿会议上 ， 时任美国总统奥巴马在参观创新项目时与机器臂使用者内森·科普兰碰了拳头 。
一个由脑-机接口完成直接触觉反馈的机械臂可以让瘫痪患者更快速、自然地完成把水从一个杯子倒进另一个杯子这样的动作 。
5月21日 ， 来自美国匹兹堡大学的研究团队在国际顶级学术期刊《科学》(Science)上发布研究《A brain-computer interface that evokes tactile sensations improves robotic arm control》 。 研究称 ， 当一个人用意念控制一个物体时 ， 机械臂可向这个人的大脑提供直接的触觉反馈 。 而过去 ， 机器臂只能用视觉来引导 。
该团队一直在与内森·科普兰合作 。 15年前 ， 十几岁的科普兰在一次事故中瘫痪 ， 他现在已经学会了通过脑机接口控制机械臂的运动 。
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科普兰说 ， “当我只有视觉反馈时 ， 我只能看到那只手碰了那个物体 。 如果我用它来捡东西 ， 有时东西会掉下来 。 ”科普兰完成一个典型的抓握任务需要大约20秒 。 “有了感官反馈 ， 他则能够在10秒内完成 ， ”匹兹堡大学物理医学和康复系副教授詹妮弗·科林格说 。 （注意 ， 冒号只有在非常正式、或者重要的场合用）
【触觉|《科学》：机器臂也能有“触觉”，双向脑机接口改善意念控制】科林格说 ， 触觉信息对于使用假肢机械臂非常重要 ， “因为你很难抓住一个你感觉不到的物体 。 ”即使是一些简单的事情 ， 比如拿起一个杯子 ， 并试图在移动它的过程中保持适当的压力 ， 这在很大程度上都依赖于手的触觉反馈 。 因此 ， 科林格和一组研究人员花了数年时间寻找给机械手臂和手添加感觉反馈的方法 。
研究团队使用双向脑-机接口 ， 记录运动皮层的神经活动 ， 并通过皮质内对体感皮层的微刺激产生触觉感觉 。
实验中 ， 研究员首先在科普兰大脑中处理感官信息的区域放置电极 ， 这样就可以用电脉冲来模拟一系列的感觉 。 科林格称 ， “事实证明 ， 刺激大脑中与指尖相关的区域产生的感觉就像是来自自己的手 。 ”
接下来 ， 匹兹堡大学团队研究了如何在机械臂与物体接触时产生这些信号 。 最后一步是在科普兰完成一些任务时计时 ， 比如捡起一块石头或倒水 ， 有触觉反馈的情况下用时多少 。
结果显示 ， 科普兰完成一些手工任务的速度与人类使用自己的手的速度大致相同 。
科普兰透露 ， “这种感觉的强度实际上会根据手施加在物体上的力的大小而变化 。 所以我也能分辨出我是否抓住了它 。 还有一个额外的好处 ， 增加了触感后 ， 使用机器人手臂的感觉也更自然 。 这种控制非常符合直觉 ， 以至于我基本上只是在想事情 ， 但好像是在移动我自己的手臂一样 。 ”
约翰·霍普金斯大学机械工程系约翰·c·马龙的助理教授杰里米·d·布朗表示 ， 研究结果的意义远远超出了机器人手臂 。 “高科技义肢在模拟触觉时也能更好地工作 ， 有些是通过振动或提供其他形式的触觉反馈来实现的 ， 这与许多智能手机上帮助用户在屏幕上打字的方法相同 。 ”
最新的义肢操作起来就像我们的天然四肢一样 ， 他们的肘部可以弯曲 ， 手腕可以旋转 ， 手指可以抓握 。 但大多数传感器仍然只有基本的能力 ， 比如检测电阻或温度 ， 在他们拥有直接的触觉反馈前 ， 其实都是非常笨拙的 。
而当使用手触碰周围物体时 ， 如布朗所说:“我能感觉到压力 ， 感觉到滑动 ， 感觉到物体是湿的还是干的 。 我能感觉到它的质地 ， 我知道它是粗糙的还是光滑的 。 ”
科学家们刚刚开始学习如何制造能够探测物体的这些细微特征的人造手和手指 。 布朗说 ， 随着假肢或机械臂提供更多的感官反馈 ， 它们将变得更有用 。
“触觉不仅仅是为了增加灵活性 。 这不仅仅是把手伸进口袋里拿钥匙的能力 。 它还可以牵着爱人的手 ， 感受那种情感联系 。 ”
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