科技飛速發展的表現就是可以明顯的感受到科技對大眾的幫助，本周前沿洞察就帶了這幾樣新技術：可以讓殘障人士擁有觸覺感應，並進行意識控制的假肢；憑藉聲音就可以畫出發聲者畫像的AI模型；唱出一段旋律就可以創造蛋白質的新技術......
一起和望潮君來看看吧：
擁有觸覺進行意識控制的假肢
假肢早已不是什麼新鮮事了，但在7 月 25 日最新一期的《科學機器人》（Science Robotics）雜誌上，猶他大學研發小組最新開發的一款機器人手臂，這款高科技假肢的手指不僅可以跟隨大腦意識靈活移動，更重要的是，它還能夠在觸摸物體時產生靈敏的觸覺。
研究人員還為這款高科技假肢取了一個很有情懷的名字——盧克臂（LUKE Arm），「盧克」一詞取自《星球大戰-帝國反擊戰》中的盧克·天行者（Luke Skywalker）。
盧克臂硬體主體由金屬發動機和透明矽「皮膚」組成，通過外部電池供電，並與電腦相連。盧克臂的信號系統由 Gregory Clark 所領導的猶他大學研究小組開發，該系統允許假肢手臂接入佩戴者的神經系統，實現大腦向機械手臂發送動作信號。
在這項最新成果中，除了實現大腦信號對機械手臂的控制，反過來還要實現大腦對機械手臂的觸覺感知，因為要完成像撿東西這樣的簡單任務，需要的不僅僅是大腦告訴手臂如何移動，機械手臂還要學會「感受」物體，以便讓大腦知道施加多大的力。
盧克臂可以模仿人類手指觸摸和感受物體的方式，向大腦發送觸覺信號。這樣就意味著，與傳統假肢中使用沒有觸覺感受的金屬鉤子或抓手不同，佩戴盧克臂的患者可以像正常人一樣對軟的或硬的物體產生觸覺，從而能夠執行一些精細的任務，比如拿起一顆雞蛋或摘下一顆葡萄，而不至於用力過度捏碎物品；再比如與自己的愛人浪漫地十指相扣，而不至於夾疼對方。
除了創建具有觸覺的盧克臂原型，研究團隊還開發了一個完全便攜的版本，不需要連接到身體外部的計算機。通過無線連接，給予佩戴者完全的自由。
憑聲音就能畫像的新技術模型
聽聲辨人，利用聲紋進行解鎖，這種技術已廣泛應用，人類的聲音含有該個體的一定特徵，從而可以進行區分。那麼僅通過聲音，能否畫出人像，並且儘可能地與講話者相似呢？
近日，卡內基梅隆大學的 Yandong Wen 等人，利用生成對抗網絡模型（generative adversarial networks, GANs）首次對這一問題作出研究，利用講話者的語音生成一些匹配原說話者面部特徵的人臉，並用交叉模態匹配（cross-modal matching task）評估了模型表現，可謂是語音畫像領域的一大突破。
不特意挑選那些人臉和真實講話者完美一致的結果，一般來講，該模型的確能輸出具有講話者特徵的人臉，即使不完全一模一樣，從種族以及一些其他典型的面部特徵來看，這個模型的確學習到了一些信息，輸出結果和原講話者非常像，並且語音時間越長，匹配的特徵越多，兩者越類似。
圖 | 從不同時長的正常錄音生成人臉的結果圖，右側Ref為真實講話者的不同臉部照片，從上到下的 4 位 Speaker 分別是 Danica McKellar, Cindy Williams, Damian Lewis, and Eva Green. （來源：Yandong Wen, et al./CMU）
當然，性別及年齡特徵也可以很好地被學習到，左側輸出結果的年齡和性別與右側真實人臉的年齡性別保持一致。在整個測試集上，生成圖和真實講話者性別相同的概率可以達到96.5%。
圖 | 從性別年齡的人臉重建，（a）是從老年聲音生成的人臉；（b）是男性聲音生成的人臉；（c）是女性聲音生成的人臉。其中左側為生成圖，右側為真實講話者。（來源：Yandong Wen, et al./CMU）
該模型雖然表現尚佳，但仍有可提升的地方，比如頭髮和圖像背景等與聲音無關的特徵，可以進行數據清洗將其去除，而有一些明顯與發聲有關的面部特徵也可以加以利用，從而模型會更加精確。
總的來說，由音生貌，語音畫像問題的一塊空白得到了填補。
哼唱一段旋律，就可能創造出全新蛋白質
創造一種全新的有用蛋白質，聽起來就不像一件普通人能夠做到的事情。但如果只需隨便哼唱一段旋律，就有可能創造出一種全新蛋白質，是不是很不可思議？
麻省理工學院科學家們在 6 月 發表在 ACS Nano 雜誌上的論文中，研究人員通過科學與藝術完美的結合，開發出一套可以將蛋白質分子結構轉化成聲音的系統，而研究人員逆轉這一過程時，只需創作一段旋律，就能夠將其轉化為自然界中從未見過的全新蛋白質。
為了更好地理解蛋白質，研究人員嘗試將蛋白質語言翻譯成人類更容易理解的另一種形式——音樂。與音樂一樣，蛋白質的結構也是分層的，在不同的長度或時間尺度上有不同的結構層次。
而蛋白質複雜的結構和功能信息則能夠很好地編碼在音樂的音調、音量和持續時間等維度中。研究人員希望通過這種方法收集到關於不同蛋白質之間的關係和差異，並以此作為探索調整和修改蛋白質結構、功能的方法。
利用分子的物理特性來確定聲音，該系統提供了一種將蛋白質的胺基酸序列轉換成音樂序列的方法，雖然這些聲音是為了讓人類能夠聽到而被調換的，但是這些音調和它們之間的關係是基於每個胺基酸分子本身的實際振動頻率，而這些振動頻率是用量子化學理論計算出來的。
圖 | 新方法將蛋白質的胺基酸序列轉換成敲擊和有節奏的聲音序列（來源：ACS Nano）
儘管研究人員自己可能也不知道蛋白質語言潛在的規則，但人工智慧程序已經學會了蛋白質是如何設計語言的，從而可以對其編碼，創造現有版本的變體或全新的蛋白質設計。
研究人員表示，考慮到胺基酸序列有數萬億種潛在的組合，當涉及到創造新的蛋白質時，你不可能從零開始，而這正是人工智慧所能做的。
研究人員表示，沒有其他方法能與之媲美，缺點就是這個模型沒有告訴我們裡面到底發生了什麼。「我們只知道它管用。」
該團隊還創作了由胺基酸的聲音發展而來的音樂作品，這些音樂作品完全由胺基酸產生的聲音組成。研究人員表示，目前還沒有使用人造或天然的樂器來展示如何利用這種新的聲音來源進行作品創作。
研究人員還開發了一款名為「胺基酸合成器」（Amino Acid Synthesizer）的免費安卓智慧型手機應用程式，可以播放胺基酸的聲音，將蛋白質序列錄製成音樂作品。
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