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北京前沿科学技术研究院（简称“北前科学院”）成立于2016年9月，北前科学院，是由北京中科光析科学技术研究所，北检（北检）检测技术研究院，标检（北京）质量检测中心等科研单位，组建成立的独立科学科研机构，致力于前沿科学领域的研究与创新人才培养，科学技术转移孵化等，世界前沿新科学普及传播。 更多简介 +
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神经工程师Silvestro Micera开发先进的技术解决方案，帮助人们恢复因创伤事件或神经系统疾病而丧失的感觉和运动功能。此前，他从未在技术的帮助下致力于增强人体和认知能力。
现在，在发表于的一项研究中科学机器人，Micera和他的团队报告了如何监控膈肌运动以成功控制额外的手臂，实质上是为一个健康的人增加第三个机械臂。
“这项研究开辟了新的令人兴奋的机会，表明额外的手臂可以被广泛控制，同时控制两个自然手臂是可能的，”EPFL转化神经工程贝塔雷利基金会主席、圣安娜斯库拉索大学生物电子学教授Micera说。
这项研究是此前由瑞士国家科学基金会(NCCR机器人公司)资助的第三手臂项目的一部分，该项目旨在提供一种可穿戴机器人手臂来协助日常任务或帮助搜救。
Micera认为，探索第三只手控制的认知局限性实际上可能为更好地了解人类大脑提供了途径。
Micera继续说道，“这种第三只手臂控制的主要动机是为了了解神经系统。如果你挑战大脑去做一些全新的事情，你可以了解大脑是否有能力去做，是否有可能促进这种学习。然后，我们可以将这些知识用于开发例如残疾人辅助设备或中风后康复协议。”
“我们想知道我们的大脑是否天生就能控制大自然赋予我们的东西，我们已经证明人类的大脑可以适应协调新的肢体和我们的生物肢体，”该研究的联合PI和Neuro-X研究所的EPFL高级科学家Solaiman Shokur解释说。
“它是关于获得新的运动功能，增强给定用户的现有功能，无论是健康人还是残疾人。从神经系统的角度来看，这是一个介于康复和增强之间的连续体。”
为了探索增强技术的认知限制，研究人员首先构建了一个虚拟环境，测试健康用户利用横膈膜运动控制虚拟手臂的能力。
他们发现横膈膜控制不会干扰控制生理手臂、说话或凝视等动作。
在这个虚拟现实设置中，用户配备了一条测量隔膜运动的皮带。
佩戴虚拟现实耳机，用户可以看到三只手臂:右臂和手、左臂和手，以及位于两者之间的第三只手臂，一只对称的六指手。
EPFL Neuro-X研究所的博士生Giulia Dominijanni解释说:“我们让这只手对称，以避免偏向左手或右手。”
在虚拟环境中，用户会被提示伸出左手、右手或中间的对称手。
在真实环境中，用户用双臂握住外骨骼，这允许控制虚拟的左臂和右臂。
由带围绕隔膜检测到的运动用于控制虚拟的中间对称臂。
该装置在61名健康受试者身上进行了150多次测试。
“第三只手臂的横膈膜控制实际上非常直观，参与者可以很快学会控制额外的肢体，”Dominijanni解释说。
“此外，我们的控制策略本质上独立于生物肢体，我们证明横膈膜控制不会影响用户连贯说话的能力。”
研究人员还成功地用一个实际的机械臂测试了隔膜控制，这是一个简化的机械臂，由一个可以伸出和缩回的杆组成。当用户收缩隔膜时，杆伸出。
在一个类似于虚拟现实环境的实验中，用户被要求用她的左手或右手或机器人杆到达目标圆圈并悬停在其上。
除了这项研究中没有报道的横膈膜，退化的耳肌也被测试了执行新任务的可行性。
在这种方法中，用户配备了耳朵传感器，并经过训练使用精细的耳朵肌肉运动来控制计算机鼠标的位移。
“用户有可能使用这些耳部肌肉来控制额外的肢体，”Shokur说，并强调这些替代控制策略有朝一日可能有助于开发针对运动缺陷患者的康复协议。
作为第三手臂项目的一部分，以前关于机器人手臂控制的研究一直专注于帮助截肢者。
最新的科学机器人研究比修复人体向增强迈出了一步。
“我们的下一步是利用我们的各种控制策略来探索更复杂的机器人设备的使用，以执行实验室内外的实际任务。只有这样，我们才能抓住这种方法的真正潜力，”Micera总结道。
2024-01-20
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