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同类机器人手臂中第一个不用大脑植入就能工作

健康 89xy 4周前 (09-30) 21次浏览

科学家们利用一种非侵入性的高保真界面来控制机器人手臂的第一次实验已经取得了成功。未来,研究人员的目标是完善这项技术,使其更广泛地可用。

同类机器人手臂中第一个不用大脑植入就能工作

Pinterest上的分享[h/]研究人员越来越接近于为更多可能需要机器人手臂假肢的人提供这种假肢。

机械臂和其他机器人设备听起来可能像是未来的发展,但它们已经存在多年,帮助外科医生和工程师。

然而,不太常见的是假肢和机械臂,它们可以让失去肢体的人重获行动自由。

2018年,一名来自佛罗里达的男子在接受了模块化假肢后登上了头条新闻——一只机器人手臂取代了他在2007年因癌症失去的手臂。

由于某些神经末梢的“重新布线”,这个人可以控制他的机械臂,然而到目前为止,这个由马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯大学的科学家开发的假肢还没有被其他可能需要它的人使用。

伊利诺伊州芝加哥大学的另一个项目一直在恒河猴身上测试假肢原型。这些动物因严重受伤而被截肢,由于特殊的大脑移植,它们能够控制自己的假肢。

现在,来自宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学和明尼阿波利斯明尼苏达大学的研究人员首次成功使用无创脑机接口来控制机械臂。科学家们在《科学机器人学》杂志上发表的一篇研究论文中报告了他们的成功。

高度改进的技术

卡内基梅隆大学的何斌教授领导的研究团队使用了一种不需要大脑植入的界面来协调机械臂的运动,这是一种侵入性的过程。

何教授和他的同事希望开发一种高保真、无创的方法来连接大脑和柔性假体,因为插入大脑植入物不仅需要高手术技能和精度,还需要大量资金,因为植入物成本高昂。此外,脑部植入会带来许多健康风险,包括感染。

所有这些方面都导致了接受机器人修复术的人数很少,因此卡内基梅隆大学和明尼苏达大学的科学家一直在寻求通过开发一种非侵入性技术来扭转局面。

然而,这样做有许多挑战,尤其是以前的脑机接口无法可靠地解码来自大脑的神经信号,因此无法实时平滑地控制机器人的四肢。

“使用大脑植入物的精神控制机器人设备取得了重大进展。这是一门优秀的科学,”何教授在评论之前寻找“可靠”技术的步骤时指出。

“但无创是最终目标。神经解码的进步和无创机械臂控制的实际应用将对无创神经机器人的最终发展产生重大影响,”他补充道。

在他们目前的项目中,何教授和他的团队使用专门的传感和机器学习技术在大脑和机械臂之间“建立”了一个可靠的“连接”。

该团队的无创脑机接口成功解码了神经信号,首次允许一个人实时控制一只机械臂,指示它连续平滑地跟踪屏幕上光标的移动。

何教授和他的同事展示了他们的方法——包括更高的用户培训量,以及改进的神经信号“翻译”方法——将脑-机接口学习提高了约60%。它还将机器人手臂对光标的连续跟踪提高了500%以上。

到目前为止,研究人员已经与68名身体健康的参与者合作测试了他们的创新技术,他们每人参加了10次会议。这些初步试验的成功让科学家们充满希望,他们最终能够将这项技术带给需要它的人。

“尽管使用无创信号存在技术挑战,但我们完全致力于将这种安全、经济的技术带给能够从中受益的人,”何教授表示。

“这项工作代表了无创脑机接口的重要一步,这项技术有朝一日可能会成为帮助每个人的普及辅助技术,就像智能手机一样。”

何斌教授


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