你还记得封城期间做了什么事吗?美国17岁高中生崔利用封城期间多出来的时间,用3d打印机和脑波图做出可用意念控制的低成本机械手臂,引起麻省理工学院关注。
打造意念控制的机械手臂
人们covid-19疫情期间被迫待在家防疫,住在美国维吉尼亚州(virginia)的17岁高中生崔(benjamin choi,音译)也关在家里,但可没一刻闲着。疫情期间,他凭自己的力量打造可用意念控制的机械手臂,成品完成性高且价格实惠,接受《史密森尼杂志》(smithsonian magazine)采访和各家媒体报道。
17-year-old benjamin choi designed a 3d-printed prosthetic arm that can be controlled by the mind.https://t.co/rbtjmhm3qh
—my modern met (@mymodernmet)may 26, 2022
17岁高中生崔趁着疫情封城期间,在家靠3d打印机和所学机械工程知识,打造可用意念控制的机械手臂。
受记录片启发
崔8岁时看到美国电视节目〈60分钟〉(60 minutes)播的记录片介绍崭新科技,研究人员在患者大脑运动皮质区植入微型传感器,使患者能借意念控制移动机械手臂义肢。
崔立即被吸引,他觉得那科技很酷,就像电影《星球大战》(star wars)会出现的场景。
covid-19搅局,打开研究契机
2020年covid-19疫情打乱所有人生活节奏。崔原本计划暑假时到实验室研究铝空气电池;但计划比不上变化,实验室因疫情严峻被迫关闭。
突然间崔只能待在家,面对多出的时间,他决定利用手边有的材料,研究他一直很感兴趣的意念控制义肢。
从3d打印开始
崔借用姊姊75美元的3d打印机,亲自设计机械手臂外形,准备打印出来。不过打印时他碰到第一个难题──这台3d打印机一次只能印12厘米长的物体。不得已他只好改变做法,将手臂拆成好几块,全部印出来后,再用螺丝和线将各区块固定成形。
崔花了近30小时,才将3d打印的手臂组装完成。
脑波图原来可以这样用
做好机械手臂后,崔想到用脑波图(electroencephalography,eeg)取代人脑植入微型传感器。
他利用脑波图侦测数据与头部姿势驱动机械手臂,如此一来,人们不需动复杂脑部手术,便可通过戴在耳朵和额头的脑波图仪器控制机械手臂动作。
崔发展出用脑波图数据与头部姿势控制机械手臂动作。
结合过去所学
崔参加过不少制作机器人竞赛,累计足够机械工程技术与写程序经验,知道怎么写机器人驱动程序。此外,他也曾在工程师论坛网站stack overflow自学python和c程序语言。
约6个月时间,崔的最终版设计是通过脑波图收集消息,经蓝牙传到机械手臂芯片,再由芯片ai模型(ai model)运算后形成有意义的指令,再做动作。
崔打造ai模型运算,找到6位志愿者协助。每位志愿者戴上脑波图仪器,花约2小时收集手掌用力与放松时的脑波数据。
麻省理工学院愿意出钱出力
崔将研究成果上传youtube后,得到宾夕法尼亚州(pennsylvania)截肢者邓恩(joseph dunn)的建议与协助,同时崔也得到麻省理工学院(massachusetts institute of technology)的指导与资金,帮助他取得更多专业材料与技术,继续研发意念控制的机械手臂。
专家给予大力肯定
约翰霍普金斯大学(johns hopkins university)生物医学工程师伟斯特(brock wester)对崔的成果感到惊艳。伟斯特指出,〈60分钟〉记录片意念控制技术是由一大群人一起研究完成,但崔竟然只靠他自己就做出成品。
伟斯特:“他做出这个手臂义肢,且构建一套算法,可以侦测神经信号后转化成指令,我认为真的非常了不起。他应该继续研究这领域,我相信他能有更多重要贡献。”
伟斯特也补充,崔之后如果要将手臂义肢接上人体,还有很多工作要做。
疫情时小小研究,奠定未来志向
之后崔经过75次修正更新,将意念控制机械手臂改成工程级材料重现,并可承受最大4千公斤重量。不过最令人意外的是,崔的意念控制机械手臂只花了300美元,一般市面机械义肢通常造价可到上千美元。
崔未来会正式学习工程学,精进机械手臂设计并投入临床实验。他希望这次写出的算法也能帮助轮椅族或失语者,成为有用的辅助工具。
(首图来源:视频截屏)