馬復興是一位鄉村教師,59歲,4個月時因燒傷雙臂肘關節下六七公分左右截肢,目前在青海省西寧市湟中縣漢東鄉下麻爾村小學任教數學教師。曾獲2012年「全國最美鄉村教師」稱號等榮譽。1981年參加工作,37年以來,他只能用兩隻胳膊夾著粉筆寫板書,冬天小臂末端的傷口裂開,白色的粉筆慢慢被血染成粉紅色。他的心願很質樸:握手、拿書,用手書寫粉筆字板書。
馬老師對操控自己的手沒有記憶,又需要在臺上短短的十幾分鐘內學會控制機械手,困難可想而知。拿書這一簡單的動作,我們「日用而不知」,馬老師經過反覆訓練終於人生第一次從書架上拿起書時,現場激動落淚:「它給我生命的感覺,我沒辦法傳達給你們。」
基於肌肉電信號的控制系統是如何讓奇蹟發生的?
和腦電一樣,肌電信號(Electromyogram,EMG)同樣也是人體生物電的一種,節目現場,魯白教授解釋道:「肌電信號指的是我們肌肉組織收縮時伴隨的電信號。正常來說,我們要讓手做出動作,首先要在大腦皮層產生電信號,然後通過中樞神經傳遞到手臂的周圍神經,再觸發肌肉細胞產生肌電信號,由它來控制肌肉群做出收縮動作。人工智慧肌電機械手就是通過肌電信號採集臂環,檢測手臂上的肌電信號,之後運用機器學習的方法翻譯給智能機械手,做到通過肌電控制機械手實現相應手勢動作的功能。」
據統計,目前世界上失去手臂的人大概有幾百萬,這其中能順利安裝並使用假肢的人卻不到1%。節目中由韓璧丞博士團隊研發的智能機械手相對於普通的假肢,具有更強的控制度,可以完成單個手指的運動,而這些都得利於該項對身體生物電信號的識別技術更先進、算法更智能。
►機智過人嘉賓、馬復興老師(中)與韓璧丞(右一)
由於表面肌電信號(SEMG)在測量上具有非侵入性、無創傷、操作簡單等優點,因此在臨床醫學、康復醫學以及體育科學等方面均有重要的實用價值。國際上對於肌電機械手的研究開展較早,目前市場上已經有一些產品投入使用,較為知名的包括i-limb公司,Michelangelo Hand公司的系列肌電控制機械手。
但是,不得不提的是,肌電信號同時也存在肌電識別手勢數目有限,較難反應手勢動態過程等諸多挑戰。
以腦機接口和肌電控制為代表的相關研究,承載了延伸人類肢體邊界的美好理想,也承載了眾多殘疾患者的康復希望。特別是腦機接口作為目前研究的熱門領域,不僅受到了以Neuralink和Facebook為代表的工業界巨頭的關注,各國政府也在不斷地為腦機接口及其他神經工程相關領域增加相應的財政預算。其中,美國、歐盟、日本以及中國的腦計劃都將為腦機接口提供關鍵神經生理基礎與關鍵技術方法支撐。相信隨著社會各界的推動,相關研究將克服特異性,實用性中的種種困難,更多地走向實踐應用。
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