在美国维珍尼亚州(Virginia)一名只有17岁的高中生Benjamin Choi,在2020年COVID-19疫情期间被迫待在家防疫。但他在疫情期间,他凭自己的努力在家靠3D列印机和他所学的机械工程知识,打造出一台可用「意念控制」的机械手臂,受到《史密森尼杂志》(Smithsonian magazine)的采访和多家海外媒体的报导,令他一夜成名。
Benjamin在8岁的时候,看到美国电视节目《60分钟》(60 Minutes)介绍一种崭新的科技。影片中的研究人员在病患者大脑的运动皮质区中,植入微型感测器,使患者能借由「意念」控制及移动他的机械手臂义肢。他被片中的概念启发,认为那样的科技有很大的发展潜力,就像是荷里活电影中曾出现过的场景和道具一样,非常震撼。
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智能家居機械人
一场COVID-19疫情,打乱全球大部份人生活的步伐。原先,Benjamin计划在暑假到实验室研究铝空气电池;但实验室因为疫情而被迫关闭。于是Benjamin只能待在家利用现成的材料,研究他一直很感兴趣的「意念控制机械臂」。首先,Benjamin借用姊姊的3D列印机,他亲自设计出机械手臂的外型,准备将它列印出来。不过,他碰到第一个难题就是这台3D列印机每次只能印出12公分长的物体!他处变不惊,先将手臂先拆成好几块,分枇印出来后用螺丝和线将各个区块固定成形。Benjamin花了将近30个小时,将3D列印的手臂完成。
制作出的机械手臂后,Benjamin想到用脑电波图(Electroencephalography,EEG)取代在人脑中植入的微型感应器。他利用脑电波图侦测到的数据和头部的姿势,来驱动机械手臂,人们使不需要动到复杂的脑部手术,只需透过配戴在耳朵和额头上的脑波图仪器,来控制机械手臂的动作。
在过去,Benjamin曾参加过不少制作机器人的竞赛,累积了机械工程技术与程式编码的经验;他也在工程师论坛网站Stack Overflow上自学Python和C++的电脑程式语言。大约花了半年,Benjamin最终版本的设计终于诞生!透过脑电波图(EEG)收集讯息,经由蓝芽传送到机械手臂里的晶片;再由晶片中的AI程式,经过运算后形成有意义的指令,做出机械手臂反应的动作。Benjamin在打造AI模型的运算测试上,找到了6位志愿者戴上脑波图仪器,收集他们在手掌用力与放松时的脑波数据。
Benjamin将研究成果发布在YouTube上,得到在宾夕法尼亚州(Pennsylvania)的截肢者邓恩(Joseph Dunn)的协助;同时获得到来自麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)的指导与资金,为他提供更专业的材料与技术,继续研发。另外,来自约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的生物医学工程师布克. 韦仕特(Brock Wester)对于Benjamin的成果感到十分赞赏。Wester指出,《60分钟》纪录片中的意念控制技术是靠一组人研究和完成,但Benjamin竟然只靠他个人力量打造出这个机械手臂,而且建构出一套人工智能演算法,可以侦测神经讯号后转化成指令,Wester认为他应该继续在这领域上为人类做出更多贡献。
经过75次的修正与更新程式,Benjamin将意念控制机械手臂改用工程级材料重制,并可承受最大4,000公斤的重量。不过,最令人意外的是,Benjamin的意念控制机械手臂只花费了300美元(约澳币440元),而一般市面上的机械义肢通常造价都到上千美元不等。在未来Benjamin会正式学习工程学,提升他的机械臂的设计并投入一些临床的实验。他希望这次研究出的AI演算法,也能帮助到坐轮椅或是失语的病人,改善他们的日常生活。
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