四肢瘫痪30多年，美国一男子成功用大脑控制机械假肢吃上蛋糕！

图片来源：视频截图

近日，美国一名四肢瘫痪的男子30年来第一次靠自己吃饭，他的四肢只能极微弱的移动和知觉，这次，他没用四肢，而是靠自己的大脑吃饭。

这名不幸的男子叫Robert 'Buz' Chmielewski，少年时遭遇了一次冲浪事故导致四肢瘫痪，在2019年，他接受了一次10小时的手术，将6个电极植入大脑，从而控制一对机械手臂。

在约翰·霍普金斯医学院(JHM)的合作下，Chmielewski现在能够操作两个假肢，并操纵它们执行不同的任务，比如喂自己吃夹心小蛋糕。

Chmielewski说:“这真是太酷了！”只见视频中，他用大脑命令机械臂给他切一块金灿灿的海绵蛋糕，并喂到嘴边吃下去，虽然过程仍有点费力，但最终他开心得笑起来了，其中的成就感是四肢健全的人所难以想象的。 

但是，仅仅能靠自己吃饭还不够，世界这么精彩，生活这么有趣，能亲自体验更多事物该多好。他说:“我希望能做得更多。”

回到16岁的那一年，马里兰州的一次冲浪事故彻底改变了Chmielewski的命运，导致他肩膀以下瘫痪，手腕和肩膀的几乎不能动弹。受够了30多年无论做什么都要依靠别人，49岁时，Chmielewski自愿加入约翰霍普金斯大学的研究项目。

终于，2019年，Chmeilewski接受了手术，目标是改善手的感觉，并能够操作机器人义肢假肢。每个阵列都是2.5平方英寸，下面有小尖刺。

Chmeilweki的左臂和右臂连接着三个电极，其它的连接到大脑区域，这些区域负责传递来自假肢手指的感觉反馈。

手术后几个月，Chmeilweki就能够通过由约翰霍普金斯应用物理实验室(APL)开发的脑机接口来控制机器手臂。

医学博士Pablo Celnik是JHM的物理医学和康复主任，也是研究小组的成员，他说:“这种类型的研究，被称为脑计算机接口(BCI)，在很大程度上，只关注于一只手臂，只控制大脑的一侧。”

参与该项目的科学家们开始设计一个结合了人工智能、机器人和脑机接口的闭环系统。有了这个系统，Chmielewski就能够操纵这两个手臂来执行不同的任务。

这包括用一只手把蛋糕放在盘子上，另一只手用刀切甜点。然后另一只手臂让Chmielewski给自己喂食。

从事人机合作的APL高级机器人专家专门David Handelman说:“我们的最终目标是让假肢做各种活动，比如轻松吃东西，让机器人做的一部分工作，无需用户，在这个例子下，就是机器人负责细节：吃什么食物，切多大块，该从哪里切。”

 “通过将脑机接口信号与机器人和人工智能相结合，我们可以让人类专注于任务中最重要的部分。”

APL神经科学家、智能假肢研究的首席研究员弗朗西斯科·特诺雷(Francesco Tenore)表示，下一步是扩大Chmielweski通过这种形式的人机合作来展示的日常生活活动的数量和类型。

同时，在Chmielweski完成任务时为其提供额外的感官反馈，这样他就不必依赖视觉来判断是否成功了。

特诺雷说:“我们的想法是，Chmielweski的体验就像没有受伤的人可以‘感觉’自己系鞋带一样，而不必去看自己在做什么。”

在感恩节前夕，Chmielweski接受了一次采访，他谈论了这项研究对行动不便的人的意味着什么。Chmielweski说，像他这样的残疾，完全剥夺了一个人的独立性，尤其是自己吃饭的能力。他说，很多人认为这是理所当然的。“能够独立做这些事情，同时还能和家人互动，这是一个重大改变。”

由于Chmielewski在约翰霍普金斯大学的研究涉及到两个假肢和手指的感觉，更多的病人可能会从他的实验中受益。但这意味着挑战也更大，控制两只手臂要比控制一只手臂复杂得多。计算机必须处理更多的数据。

或许有一天，双仿生手臂系统也可以安装在机器人上，去执行人类不喜欢的肮脏、危险或枯燥的任务。机器人可以探索和修复下水道或地下隧道，或者乘坐漫游车飞往火星挖掘岩石样本。听起来很科幻，但实际上我们正一步步迈进。

此外，值得一提的是，大脑控制两条机械手臂实验是五角大楼国防高级研究计划局(DARPA) 2006年开始的工作的延续。军方的想法是迅速改进上肢假肢技术，并为用户提供操作它们的新方法。Chmielewski正在测试的两只手臂中的一只在2018年被一名佛罗里达男子带回家，后者用它来工作、演奏，甚至学习几首钢琴曲子。后来，他把假肢送回了位于约翰霍普金斯大学应用物理实验室的家中，该实验室为军方进行工程工作。

Chmielewski还一直在帮助APL的一个项目，用大脑控制的无人机追踪敌方战斗机。这是五角大楼称为MAVRCS的项目的一部分，即多自动车辆推理和控制系统。

有时候，来自APL的工程师们参观霍普金斯实验室，并将Chmielewski连接到一个视频游戏中，游戏中有各种长相粗鲁的人在一艘敞开式船上的场面。通过大脑控制界面，Chmielewski评估了船上有多少人，有多少货物，有多少武器。他给每张照片都打了一个“危险分数”。一台电脑记录了Chmielewski做决定时的大脑信号。

军事研究人员正在利用Chmielewski的游戏数据为无人机开发机器学习算法。“所以他基本上是在训练无人机。”APL的MAVRCS负责人马特·里奇(Matt Rich)说。APL位于马里兰州劳雷尔附近。“他正在使用大脑控制界面来丰富机器学习算法的观察结果。”

里奇表示，军方将使用该程序，让人类操作员使用大脑信号来控制无人机，而不是使用操纵杆。这项技术还可以用于训练无人机评估监视目标。APL即将建立一个系统，让Chimelewski用他的大脑控制无人机飞行，这可能意味着要转移到其他更大的实验室。里奇说，测试的无人机可能是在百思买或亚马逊购买的小型四轴飞行器。“这些无人机可以是模拟的，也可以是真实的，”里奇说。“我们对这两种情况都计划了实验。”

在冲浪事故发生前，Chmielewski就计划加入海军陆战队，他说他很乐意扮演《壮志凌云》，为军事和民用科学家服务。但他说，这项实验真正令人兴奋的地方是在新技术的发展过程中体验它。他表示，在实验室里做的工作跟对电子游戏的热爱是一样的。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源：

https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-9099389/Quadriplegic-man-feeds-Twinkie-using-robotic-prosthetic-arms-controlled-mind.html

https://expmag.com/2019/12/one-brain-two-bionic-arms/