《電子技術(shù)應(yīng)用》
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科學(xué)家發(fā)明了能用意念控制“第三只手”

2018-08-10
關(guān)鍵詞: 多任務(wù) 人機接口 機器人

試想一下,忙于工作騰不出手時,通過一個念頭,你就能給出指令,控制機械手臂完成其他任務(wù),這將是多么奇妙的一件事。

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不久前,已經(jīng)有研究人員宣布成功研制出了這樣的設(shè)備。當用戶在腦中同時思考兩項任務(wù)時,機器人可以自動識別下達的指令并執(zhí)行。更特別的是,除了意念控制、多任務(wù)處理、第三只手臂這幾點炫酷的功能外,它還可能有助于提高用戶自身的多任務(wù)處理能力。

日本京都國際先進電信研究所的首席研究員Shuichi Nishio認為:“多任務(wù)處理能大致反映我們轉(zhuǎn)換注意力的能力。如果能實現(xiàn)人機協(xié)同,也將有可能進一步提升人類自身的能力。”目前,他正在與同事Christian Penaloza (就職于同一家研究所)共同開發(fā)這一技術(shù)。

為了完成這項研究,Nichio和Penaloza開發(fā)了能夠讀取不同行為對應(yīng)的人腦電波的算法。當一個人考慮執(zhí)行某項任務(wù)時,比如端水杯,大腦特定區(qū)域的神經(jīng)元就會產(chǎn)生對應(yīng)電活動模式完成該項任務(wù)。而如果換一種類型的任務(wù),比如端穩(wěn)一疊搖搖欲墜的盤子,神經(jīng)元就會產(chǎn)生另一種腦電波模式。

Nichio和Penaloza通過在頭皮上放置非侵入式電極,記錄了執(zhí)行任務(wù)時的大腦活動。然后使用某種學(xué)習(xí)算法解釋這些電極記錄,區(qū)分與任務(wù)相關(guān)的活動模式。基于此,該學(xué)習(xí)算法就會根據(jù)用戶意念控制機器人手臂的移動。而這種系統(tǒng)通常稱為人機接口(BMI)。

為測試該系統(tǒng),Nishio和Penaloza招募了15名身體健康的志愿者,讓其同時處理多項任務(wù),并讀取他們大腦的活動。受試者穿戴電極帽坐在椅子上,用雙手讓桌上的球保持平衡,同時電腦會記錄他們腦部的電流活動。

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隨后,受試者坐在相同椅子上,啟動與腦部相連的機器手臂。與此同時,他們也能看到身旁抓著瓶子的機器手臂。電腦會記錄他們大腦發(fā)出的神經(jīng)信號,感知抓住瓶子的意圖,并執(zhí)行命令。

在此之后,受試者還需同時執(zhí)行兩項任務(wù):平衡桌上的球和控制機器手臂。根據(jù)報告顯示,在計算機的幫助下,受試者已經(jīng)可以在約四分之三的測試時間內(nèi)成功執(zhí)行兩項任務(wù)。

有些受試者在實驗的多任務(wù)環(huán)節(jié)表現(xiàn)尤為突出。Penaloza稱:“受試者的差異十分明顯,表現(xiàn)好的受試者能保持高達85%的多任務(wù)工作時間,而表現(xiàn)較差的受試者只能保持52%的多任務(wù)操作時間?!彼J為,實驗分值低不代表BMI系統(tǒng)的準確性低,而是受試者轉(zhuǎn)換注意力的能力較弱。

Nishio稱,有趣的是,受試者能夠很快學(xué)會同時執(zhí)行兩項任務(wù)。通常培養(yǎng)這種能力需經(jīng)大量訓(xùn)練。他和Penaloza都認為,這種人機接口系統(tǒng)或許能直接提供正確的生物反饋,幫助人們更快學(xué)會多任務(wù)執(zhí)行。他們正在研究這一現(xiàn)象,從而將其用于臨床治療。

Penaloza 和 Nishio表示,該設(shè)備是首個能夠解讀多任務(wù)思維的意念控制機器人。“通常而言,用戶佩戴BMI時,需要專注于執(zhí)行的任務(wù),因此也只能完成一項任務(wù)。但借助我們的產(chǎn)品,用戶可以同時完成兩項截然不同的任務(wù),這就是它的特別之處。”

但從目前來看,丞需開發(fā)此類技術(shù)為殘疾患者提供便利,對四肢健全的人群而言,此類技術(shù)的前景尚不明朗。這一疑慮也讓研究人員和哲學(xué)藝術(shù)家共同思考一個問題:如果擁有了第三只手臂,我們會如何使用它?


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