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制造我们可以用意念控制的机器人假肢

了解仿生肢体通信如何革新假肢技术,实现人造肢体与大脑之间的双向对话。

作者:Eric Wolff
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在《蜘蛛侠2》中——我知道这不是正史,但请跟我来——章鱼博士

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之所以能进行他的研究,全靠那几条非凡的人造手臂:他的四条额外的手臂都耐热、精确度极高,并且拥有自己的“大脑”,因此可以独立运作。这些手臂集成在一个背包大小的装置中,直接连接到他的脊椎。因此,章鱼博士可以通过意念向手臂发送信号。他可以通过直接连接到脊椎的线路,通过思考来下达指令。而在现实世界中,我们很难将仿生肢体直接连接到神经,因为我们的身体会排斥连接神经的金属植入物。所以章鱼博士确实在那里取得了成就,即使我们暂且不谈后来手臂人工智能出现的问题(当然,那很容易修复)。

如今,南卫理公会大学的一群科学家正在研究他们自己的技术,以实现人造肢体与用户大脑之间的双向通信。这项技术使用了非金属聚合物,其核心原理与我们能在伦敦圣保罗大教堂或纽约中央车站某些地方找到的“耳语画廊”原理相同。事实上,他们称之为“耳语画廊模式”。一个站在中央车站牡蛎吧外的画廊里的人,可以转向墙壁,说一句话。画廊里穿梭的通勤者和游客都不会听到任何声音,但站在画廊另一侧、正好在正确位置的人,会听到第一个人的声音,仿佛那人就站在他旁边一样。这种效果之所以能实现,是因为画廊的形状允许声波几乎不损失能量地沿着墙壁反射和传播。这种效果只有在画廊的形状恰到好处、人与人之间的距离也恰到好处时才有效,并且只在画廊表面一条狭窄的称为“模式”的区域起作用。因此,用“耳语画廊模式”来描述这项技术。现在,想象一下,画廊不再是覆盖着煤烟、挤满了人群的巨大石制建筑,而是一个微小的聚合物球体。当球体受到电荷的轻微形变时,光线会进入。当球体恢复原状时,光线会被困在球体中,来回穿梭,信号强度几乎没有损失,直到球体再次变形。一组这样的球体就构成了至关重要的人造肢体与与之通信的神经之间的接口。神经的末端被一个袖套包围,袖套连接着这些微小的球体。当大脑通过神经发出信号时,电脉冲会触发袖套,从而使球体变形,将一束光发射到假肢上,假肢就会移动。

信号也是反向工作的。通过红外光,机械臂可以触发袖套或神经本身,从而实现人造肢体与大脑之间的真正双向通信。

南卫理公会大学的研究人员已经制造出一种几乎能实现所有这些功能的设备,但它太大,有几百微米。不过,他们获得了 DARPA 560 万美元的资助,并希望在未来两年内利用这项技术为一只狗或猫建造一个人造肢体。想想看:章鱼博士可能会有一个小伙伴了!

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