身體增強(qiáng)新技術(shù)：機(jī)器人“第三拇指”單手?jǐn)Q瓶蓋、穿針引線、彈吉他

機(jī)器人“第三拇指”

人類如果多了一個額外的“機(jī)器拇指”，那么這“第三拇指”會對人們的生活和行為帶來怎么樣的改變呢？

最近，英國倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）研究團(tuán)隊的一項新研究發(fā)現(xiàn)，使用機(jī)器人“第三拇指”（Third Thumb）不僅能做到單手?jǐn)Q瓶蓋、穿針引線，還可以彈吉他。

該團(tuán)隊訓(xùn)練人們使用“外來的”機(jī)器拇指，接受過使用拇指訓(xùn)練的參與者越來越覺得拇指是他們身體的一部分。研究發(fā)現(xiàn)，使用參與者能用一只手（現(xiàn)在有兩個拇指）有效、靈活地執(zhí)行建造積木塔等任務(wù)。

該團(tuán)隊研究了額外的機(jī)器拇指是否能成功實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)運(yùn)動能力以及它對生物的神經(jīng)表征和功能的影響。身體健全的參與者接受了超過5天的訓(xùn)練，他們使用第三拇指進(jìn)行了包括基于實(shí)驗室的和非結(jié)構(gòu)化的日常使用。

相關(guān)研究以《機(jī)器人手增強(qiáng)驅(qū)動神經(jīng)身體表征的變化》為題發(fā)表在Science Robotics雜志。

相關(guān)論文

作為皇家藝術(shù)學(xué)院獲獎研究生項目的一部分，設(shè)計師丹妮·克勞德開發(fā)了名為“第三拇指”的設(shè)備，旨在重新構(gòu)建人們看待假肢的方式，從替換失去的功能到擴(kuò)展人類身體。

倫敦大學(xué)學(xué)院塔瑪·馬金教授的神經(jīng)科學(xué)家團(tuán)隊恰好正在研究大腦如何適應(yīng)身體增強(qiáng)，便邀請克勞德一同加入。

該研究的主要作者、倫敦大學(xué)學(xué)院認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究所馬金教授對媒體表示：“身體增強(qiáng)是一個不斷發(fā)展的領(lǐng)域，旨在擴(kuò)展我們的身體能力，但我們對大腦如何適應(yīng)它缺乏清晰的了解。

通過研究人使用第三拇指，我們試圖回答關(guān)于人類大腦是否可以支持額外的身體部位以及該技術(shù)如何影響我們的大腦的關(guān)鍵問題?！?p>

研究的實(shí)驗設(shè)計

手部增強(qiáng)的行為相關(guān)性

它具體是如何來工作的呢？

據(jù)了解，第三拇指易于定制，它通過3D打印，戴在與用戶實(shí)際拇指相對的一側(cè)，在近小指的位置。用戶通過壓力傳感器對其控制，具體位置在腳上、大腳趾下方，再通過無線連接到機(jī)器拇指。這樣，兩個腳趾傳感器在感知佩戴者壓力的細(xì)微變化來控制拇指的不同運(yùn)動。

參與者通過系統(tǒng)的訓(xùn)練，很快學(xué)會了使用拇指的基礎(chǔ)知識，而培訓(xùn)使他們能夠成功地提高其運(yùn)動控制能力、靈活性和手拇指協(xié)調(diào)能力。參與者甚至可以在“分心”時使用拇指，例如在做數(shù)學(xué)題的同時建造一座木塊塔，或者在被蒙住眼睛的情況下也可靈活操控第三拇指。

核心研究團(tuán)隊成員之一、倫敦大學(xué)學(xué)院認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究所和Dani Clode Design的設(shè)計師丹妮·克勞德在接受媒體采訪時表示：“我們的研究表明，人們可以快速學(xué)會控制增強(qiáng)設(shè)備并將其用于自己的利益，而無需過度思考。我們看到，在使用第三拇指時，人們改變了他們自然的手部動作，而且他們還報告說，機(jī)器人拇指感覺就像是他們自己身體的一部分?！?/p>

該研究的第一作者、倫敦大學(xué)學(xué)院認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究所寶琳娜·基爾巴說：“有朝一日，身體增強(qiáng)可能會以多種方式對社會產(chǎn)生價值，例如讓外科醫(yī)生在沒有助手的情況下工作，或者讓工廠的工人更高效地工作?！?p>

手部增強(qiáng)后生物手部呈收縮狀

他補(bǔ)充說道：“這可以徹底改變假肢的概念，它可以幫助那些永久或暫時只能用一只手的人用那只手做任何事情。但要做到這一點(diǎn)，我們需要繼續(xù)研究復(fù)雜的、跨學(xué)科的問題這些設(shè)備如何與我們的大腦互動?！?/p>

研究人員要求參與者僅使用增強(qiáng)手來完成相關(guān)任務(wù)，并檢查他們開發(fā)手和機(jī)器拇指交互的能力。參與者在各種行為和大腦成像測試中進(jìn)行了核磁共振掃描，旨在確認(rèn)增強(qiáng)手的訓(xùn)練前后的表現(xiàn)。

測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用第三拇指增強(qiáng)的手在大腦感覺運(yùn)動皮層中的表現(xiàn)方式發(fā)生了微妙但顯著的變化。在他們的大腦中，每個手指都與其他手指截然不同;在研究參與者中，對應(yīng)于每個手指的大腦活動模式變得更加相似。

一周后，一些參與者再次接受掃描，他們大腦手部區(qū)域的變化已經(jīng)消退，這表明這些變化可能不是長期的，盡管需要更多的研究來證實(shí)這一點(diǎn)。也就是說，第三拇指的使用削弱了生物手的自然運(yùn)動協(xié)同作用。

基爾巴說：“我們是第一個在實(shí)驗室外使用增強(qiáng)設(shè)備的研究，這是第一個在長時間訓(xùn)練中進(jìn)行多天增強(qiáng)的研究，也是第一個擁有未經(jīng)訓(xùn)練的對照組的成功。我們的研究顯示了神經(jīng)科學(xué)家與設(shè)計師和工程師密切合作的價值，以確保增強(qiáng)設(shè)備充分利用我們大腦的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，同時確?？梢园踩厥褂迷鰪?qiáng)設(shè)備?！?/p>

馬金教授補(bǔ)充說：“進(jìn)化并沒有讓我們準(zhǔn)備好使用額外的身體部位，我們發(fā)現(xiàn)，為了以新的和意想不到的方式擴(kuò)展我們的能力，大腦需要適應(yīng)生物體的表征?！?/p>

總的來說，運(yùn)動增強(qiáng)可以很容易地實(shí)現(xiàn)，其具有靈活使用、減少認(rèn)知依賴和增強(qiáng)感覺的潛力的體現(xiàn)，這種神經(jīng)認(rèn)知結(jié)果對于成功實(shí)施未來的增強(qiáng)技術(shù)至關(guān)重要。（摘自美《深科技》） （編輯/克珂）