紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師將仿生手與相機(jī)相結(jié)合，重新給“手眼協(xié)調(diào)”這一成語(yǔ)增添了新的意義。這一款仿生手正在接受臨床試驗(yàn)，工程師們想利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將其與常規(guī)的相機(jī)相配合，旨在掀起智能化假肢的新風(fēng)潮。殘障人士無(wú)需操作仿生手，就可以使用這款設(shè)備自動(dòng)抓握物體。

昔日的金屬鉤假肢經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)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(jìn)空間。最新一代的假肢堪稱是機(jī)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(yùn)動(dòng)，但達(dá)到一點(diǎn)這并不容易。除了機(jī)器設(shè)備裝配本身，新型伺服電機(jī)和反饋機(jī)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(cè)試。

因?yàn)槲覀冊(cè)诳刂谱约旱氖直蹠r(shí)并沒(méi)有對(duì)它們發(fā)布指令。想要搞清楚達(dá)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(qǐng)仔細(xì)觀察你的手做出的反應(yīng)——它接近杯子、握住杯子把兒、把把兒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)、再端起杯子，同時(shí)把控方向。

對(duì)于一般人來(lái)說(shuō)，這一連串的手部動(dòng)作都是自發(fā)的。我們只是對(duì)手發(fā)布了我們的想法，其余的細(xì)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(shí)候必須不斷地發(fā)布指令指導(dǎo)假肢的每一步動(dòng)作，因?yàn)榧词故亲顝?fù)雜的假肢也不是人們真實(shí)的肢體，而是需要逐步指導(dǎo)的工具。

紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)團(tuán)隊(duì)正在努力開(kāi)發(fā)一款仿生手，殘障人士使用這款設(shè)備抓取物體時(shí)，其配套的廉價(jià)的數(shù)碼相機(jī)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(dòng)方式，就像自動(dòng)停車(chē)模式下的汽車(chē)，無(wú)需人們費(fèi)心掌控。

生物醫(yī)學(xué)工程高級(jí)講師Kianoush Nazarpour博士說(shuō)：“過(guò)去的一百年里，假肢領(lǐng)域發(fā)生了很大變化——設(shè)計(jì)更友好、材質(zhì)更輕、更耐用，但其工作方式仍然沒(méi)有長(zhǎng)進(jìn)。紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)響應(yīng)的仿生手，它實(shí)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(yīng)性，對(duì)于許多被截肢者而言，他們?cè)瓉?lái)習(xí)慣了健康的手臂或腿部，所以假肢用起來(lái)麻煩得多，經(jīng)過(guò)了一個(gè)世紀(jì)以來(lái)的探索，我們現(xiàn)在終于開(kāi)發(fā)出了直觀上“不用思考就能做出反應(yīng)的手”。

新型仿生手制造的關(guān)鍵是機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。為了讓假手更加適應(yīng)人們的使用習(xí)慣，我們創(chuàng)造了所謂的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（CNN），用超過(guò)500個(gè)可抓握物體圖片對(duì)這個(gè)人工智能系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，每個(gè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)5個(gè)角度拍攝一次，共拍攝72次。這些物體分為四類——可以捏起來(lái)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(gè)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(jìn)行系統(tǒng)微調(diào)后，我們隨后測(cè)試中的真實(shí)物體和新的物體對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)測(cè)。

該研究的發(fā)起人Ghazal Ghazaei說(shuō)：“我們會(huì)將向計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)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(xué)習(xí)根據(jù)抓握類型識(shí)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(zhǔn)確地評(píng)估和抓取從未見(jiàn)過(guò)的新對(duì)象——這是仿生假肢跨越式發(fā)展的一大步。”

實(shí)際上，這意味著只要將價(jià)值99便士（1.28美元）的相機(jī)植入到假肢上，工程師可以寫(xiě)入程序幫助假肢識(shí)別物體，并選擇適當(dāng)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(guò)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(tuán)隊(duì)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(kù)。

該團(tuán)隊(duì)由紐卡斯?fàn)柕膶＜覍W(xué)者組成，在泰恩醫(yī)院NHS信托基金會(huì)支持下，向紐卡斯?fàn)柛ダ锫t(yī)院的病人提供了這款仿生手。然而，這種裝有相機(jī)的仿生手還只是臨時(shí)解決方案，人們?nèi)栽谥铝τ诎l(fā)明配備有復(fù)雜傳感器的先進(jìn)假肢，使病人實(shí)現(xiàn)用大腦就可直接控制肢體的愿望。

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