紐卡斯爾大學的生物醫(yī)學工程師將仿生手與相機相結(jié)合，重新給“手眼協(xié)調(diào)”這一成語增添了新的意義。這一款仿生手正在接受臨床試驗，工程師們想利用機器學習技術將其與常規(guī)的相機相配合，旨在掀起智能化假肢的新風潮。殘障人士無需操作仿生手，就可以使用這款設備自動抓握物體。

昔日的金屬鉤假肢經(jīng)過了漫長的演變之路，才優(yōu)化到現(xiàn)今我們所使用的模樣，但仍然大有改進空間。最新一代的假肢堪稱是機械界的奇跡，它們可以利用肌電傳感器從病人的手臂神經(jīng)末端接收電脈沖，從而更加自然地控制運動，但達到一點這并不容易。除了機器設備裝配本身，新型伺服電機和反饋機制的研發(fā)仍然需要極致的專注、大量的耐心和不厭其煩的測試。

因為我們在控制自己的手臂時并沒有對它們發(fā)布指令。想要搞清楚達到這種水平的難度，可以嘗試做一些不起眼的瑣事，比如拿起一杯茶——請仔細觀察你的手做出的反應——它接近杯子、握住杯子把兒、把把兒轉(zhuǎn)過來、再端起杯子，同時把控方向。

對于一般人來說，這一連串的手部動作都是自發(fā)的。我們只是對手發(fā)布了我們的想法，其余的細節(jié)則全部交給了中樞神經(jīng)系統(tǒng)下端。但是患者使用假肢的時候必須不斷地發(fā)布指令指導假肢的每一步動作，因為即使是最復雜的假肢也不是人們真實的肢體，而是需要逐步指導的工具。

紐卡斯爾大學團隊正在努力開發(fā)一款仿生手，殘障人士使用這款設備抓取物體時，其配套的廉價的數(shù)碼相機可以分析物體，分辨出物體形狀和大小，并根據(jù)這些信息調(diào)整握力。工程師的想法是利用假肢本身代替患者控制手的移動方式，就像自動停車模式下的汽車，無需人們費心掌控。

生物醫(yī)學工程高級講師Kianoush Nazarpour博士說：“過去的一百年里，假肢領域發(fā)生了很大變化——設計更友好、材質(zhì)更輕、更耐用，但其工作方式仍然沒有長進。紐卡斯爾大學利用計算機視覺技術開發(fā)了一種實現(xiàn)自動響應的仿生手，它實際上就像一只真正的手一樣，使用者只要朝物體的方向瞟一眼就可以伸出“手”拿起杯子或餅干。

“人造假肢的主要障礙之一就是肢體的反應性，對于許多被截肢者而言，他們原來習慣了健康的手臂或腿部，所以假肢用起來麻煩得多，經(jīng)過了一個世紀以來的探索，我們現(xiàn)在終于開發(fā)出了直觀上“不用思考就能做出反應的手”。

新型仿生手制造的關鍵是機器學習技術。為了讓假手更加適應人們的使用習慣，我們創(chuàng)造了所謂的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)（CNN），用超過500個可抓握物體圖片對這個人工智能系統(tǒng)進行了測試，每個物體轉(zhuǎn)動5個角度拍攝一次，共拍攝72次。這些物體分為四類——可以捏起來的、可以像三腳架一樣抓取的（也就是拇指和兩根手指抓起東西，如抓一個保齡球）、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)，還有一種是手掌手腕向上抓取的（比如拿起遙控器）。進行系統(tǒng)微調(diào)后，我們隨后測試中的真實物體和新的物體對該系統(tǒng)進行了實測。

該研究的發(fā)起人Ghazal Ghazaei說：“我們會將向計算機展示圖片——比如一根棍子，但我們展示的不僅僅是一張照片，而是不同角度和方向的許多張，這些圖片甚至還包括不同的光線和背景下拍攝的，最終計算機學會自己需要挑選拿起圖中棍子所需要的方式，所以電腦不只是在做圖像匹配游戲，它在學習根據(jù)抓握類型識別物體，并將其分組，以便成功做出抓握行為，這套系統(tǒng)使仿生手能夠準確地評估和抓取從未見過的新對象——這是仿生假肢跨越式發(fā)展的一大步。”

實際上，這意味著只要將價值99便士（1.28美元）的相機植入到假肢上，工程師可以寫入程序幫助假肢識別物體，并選擇適當抓握方式和力度拿起物體，例如手掌中間的力量拿起杯子或翻過手掌拿起電視遙控器。而且，這一切的發(fā)生都以毫秒為單位，據(jù)該團隊稱款仿生手比目前的假肢要快10倍。

研究人員透露，這款新型仿生手內(nèi)置系統(tǒng)也比其他系統(tǒng)更靈活，能游刃有余地處理稀奇古怪的物體，而不用依靠龐大的圖像數(shù)據(jù)庫。

該團隊由紐卡斯爾的專家學者組成，在泰恩醫(yī)院NHS信托基金會支持下，向紐卡斯爾弗里曼醫(yī)院的病人提供了這款仿生手。然而，這種裝有相機的仿生手還只是臨時解決方案，人們?nèi)栽谥铝τ诎l(fā)明配備有復雜傳感器的先進假肢，使病人實現(xiàn)用大腦就可直接控制肢體的愿望。

Nazarpour說：“這（仿生手）是我們通往最終目標的跳板，但重要的是，它很便宜而且可以很快推廣，無需安裝新的假肢——該系統(tǒng)適配當前市面上的假肢。”該項目發(fā)表在《神經(jīng)工程雜志》上。