自动定位物体及调整握力！这款仿生假肢让电影中的“半机器人”走进现实 ...

5 月9 日报道?

纽卡斯尔大学的生物医学工程师将仿生手与相机相结合，重新给“手眼协调”这一成语增添了新的意义。这一款仿生手正在接受临床试验，工程师们想利用机器学习技术将其与常规的相机相配合，旨在掀起智能化假肢的新风潮。残障人士无需操作仿生手，就可以使用这款设备自动抓握物体。

昔日的金属钩假肢经过了漫长的演变之路，才优化到现今我们所使用的模样，但仍然大有改进空间。最新一代的假肢堪称是机械界的奇迹，它们可以利用肌电传感器从病人的手臂神经末端接收电脉冲，从而更加自然地控制运动，但达到一点这并不容易。除了机器设备装配本身，新型伺服电机和反馈机制的研发仍然需要 极 致的专注、大量的耐心和不厌其烦的测试。

因为我们在控制自己的手臂时并没有对它们发布指令。想要搞清楚达到这种水平的难度，可以尝试做一些不起眼的琐事，比如拿起一杯茶——请仔细观察你的手做出的反应——它接近杯子、握住杯子把儿、把把儿转过来、再端起杯子，同时把控方向。

对于一般人来说，这一连串的手部动作都是自发的。我们只是对手发布了我们的想法，其余的细节则全部交给了中枢神经系统下端。但是患者使用假肢的时候必须不断地发布指令指导假肢的每一步动作，因为即使是最复杂的假肢也不是人们真实的肢体，而是需要逐步指导的工具。

纽卡斯尔大学团队正在努力开发一款仿生手，残障人士使用这款设备抓取物体时，其配套的廉价的数码相机可以分析物体，分辨出物体形状和大小，并根据这些信息调整握力。工程师的想法是利用假肢本身代替患者控制手的移动方式，就像自动停车模式下的汽车，无需人们费心掌控。

生物医学工程高级讲师Kianoush Nazarpour博士说：“过去的一百年里，假肢领域发生了很大变化——设计更友好、材质更轻、更耐用，但其工作方式仍然没有长进。纽卡斯尔大学利用计算机视觉技术开发了一种实现自动响应的仿生手，它实际上就像一只真正的手一样，使用者只要朝物体的方向瞟一眼就可以伸出“手”拿起杯子或饼干。

“人造假肢的主要障碍之一就是肢体的反应性，对于许多被截肢者而言，他们原来习惯了健康的手臂或腿部，所以假肢用起来麻烦得多，经过了一个世纪以来的探索，我们现在终于开发出了直观上“不用思考就能做出反应的手”。

新型仿生手制造的关键是机器学习技术。为了让假手更加适应人们的使用习惯，我们创造了所谓的卷积神经网络系统（CNN），用超过500个可抓握物体图片对这个 人工智能 系统进行了测试，每个物体转动5个角度拍摄一次，共拍摄72次。这些物体分为四类——可以捏起来的、可以像三脚架一样抓取的（也就是拇指和两根手指抓起东西，如抓一个保龄球）、手掌手腕中立抓握的的(比如能抓起一瓶啤酒或者拿起茶杯)，还有一种是手掌手腕向上抓取的（比如拿起遥控器）。进行系统微调后，我们随后测试中的真实物体和新的物体对该系统进行了实测。

该研究的发起人Ghazal Ghazaei说：“我们会将向计算机展示图片——比如一根棍子，但我们展示的不仅仅是一张照片，而是不同角度和方向的许多张，这些图片甚至还包括不同的光线和背景下拍摄的，最终计算机学会自己需要挑选拿起图中棍子所需要的方式，所以电脑不只是在做图像匹配游戏，它在学习根据抓握类型识别物体，并将其分组，以便成功做出抓握行为，这套系统使仿生手能够准确地评估和抓取从未见过的新对象——这是仿生假肢跨越式发展的一大步。”

实际上，这意味着只要将价值99便士（1.28美元）的相机植入到假肢上，工程师可以写入程序帮助假肢识别物体，并选择适当抓握方式和力度拿起物体，例如手掌中间的力量拿起杯子或翻过手掌拿起电视遥控器。而且，这一切的发生都以毫秒为单位，据该团队称款仿生手比目前的假肢要快10倍。

研究人员透露，这款新型仿生手内置系统也比其他系统更灵活，能游刃有余地处理稀奇古怪的物体，而不用依靠庞大的图像数据库。

该团队由纽卡斯尔的专家学者组成，在泰恩医院NHS信托基金会支持下，向纽卡斯尔弗里曼医院的病人提供了这款仿生手。然而，这种装有相机的仿生手还只是临时解决方案，人们仍在致力于发明配备有复杂传感器的先进假肢，使病人实现用大脑就可直接控制肢体的愿望。

Nazarpour说：“这（仿生手）是我们通往最终目标的跳板，但重要的是，它很便宜而且可以很快推广，无需安装新的假肢——该系统适配当前市面上的假肢。”该项目发表在《神经工程杂志》上。

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