陈根：人机交互升级，赋予机械臂以触觉

文/陈根

机械臂作为一种机械手，通常可编程，具有与人类手臂类似的功能。

科幻作品中往往不乏机械臂的存在，比如，赛博朋克运动之父、科幻作家威廉·吉布森小说《冬季市场》所述：小说主角患有先天性残疾，只能依靠脑机接口，控制外骨骼活动。又或者，电影《阿丽塔》中拥有酷炫机械身体和仿生机械手臂的人造人女孩阿丽塔。

除去科幻的赛博朋克的外衣，近年来，机械臂在医疗康复领域越来越多的被赋予让残疾患者再次拥有肢体的希望。其中，为机械臂配备合适的触觉反馈，对于使用者触觉感知环境具有重要意义。

近日，发表在《科学》（Science）杂志的论文中，一个来自美国匹兹堡大学康复中心神经工程实验室（University of Pittsburgh Rehab Neural Engineering Labs）的生物工程师小组，就描述了如何通过增加大脑刺激来唤起触觉，从而使操作者更方便地操作由大脑控制的机械臂。

事实上，这篇论文是在早期的研究基础上的进一步深入。早期的论文首次描述了使用微小的电脉冲刺激大脑的感觉区域，将如何在一个人的手部激发触觉，这种方法甚至对由于脊髓损伤导致四肢失去感觉的人也有效。

此次研究中，研究人员将用来自脑部的信号控制机械臂的运动与将信号传回大脑来提供感官反馈结合起来。在一系列的测试中，脑-机接口操作者被要求从桌子上拿起各种物体并转移到一个较高的平台上。实验证明，加入电刺激产生的触觉反馈后，参与者完成任务的速度是在没有电刺激情况下的两倍。

研究者希望能在尽可能接近真实世界的环境中测试触觉反馈的效果，实验中，当在视觉基础上补充人工触觉后，操作者抓取和移动物体的平均时间从 20.9 秒减少到 10.2 秒，减少了一半。

对于此，研究人员则表示，即使是恢复有限的、有缺陷的知觉，（残疾）人的行为能力都有了非常大的提升。