身体增强新技术：机器人 “第三拇指” 单手拧瓶盖、穿针引线、弹吉他……

人类如果多了一个额外的 “机器拇指”，那么这 “第三拇指” 会对人们的生活和行为带来怎么样的改变呢？

最近，英国伦敦大学学院（UCL）研究团队的一项新研究发现，使用机器人 “第三拇指”（Third Thumb）不仅能做到单手拧瓶盖、穿针引线，还可以弹吉他……

该团队训练人们使用 “外来的” 机器拇指，接受过使用拇指训练的参与者越来越觉得拇指是他们身体的一部分。研究发现，使用参与者能用一只手（现在有两个拇指）有效、灵活地执行建造积木塔等任务。

该团队研究了额外的机器拇指是否能成功实现增强运动能力以及它对生物的神经表征和功能的影响。身体健全的参与者接受了超过 5 天的训练，他们使用第三拇指进行了包括基于实验室的和非结构化的日常使用。

相关研究以《机器人手增强驱动神经身体表征的变化》（Robotic hand augmentation drives changes in neural body representation）为题发表在 Science Robotics 杂志。

图丨相关论文（来源：Science Robotics）

作为皇家艺术学院获奖研究生项目的一部分，设计师丹妮・克劳德（Dani Clode）开发了名为 “第三拇指” 的设备，旨在重新构建人们看待假肢的方式，从替换失去的功能到扩展人类身体。

伦敦大学学院塔玛・马金 （Tamar Makin）教授的神经科学家团队恰好正在研究大脑如何适应身体增强，便邀请克劳德一同加入。

该研究的主要作者、伦敦大学学院认知神经科学研究所马金教授对媒体表示：“身体增强是一个不断发展的领域，旨在扩展我们的身体能力，但我们对大脑如何适应它缺乏清晰的了解。

通过研究人使用第三拇指，我们试图回答关于人类大脑是否可以支持额外的身体部位以及该技术如何影响我们的大脑的关键问题。”

图丨研究的实验设计（来源：Science Robotics）

它具体是如何来工作的呢？

据了解，第三拇指易于定制，它通过 3D 打印，戴在与用户实际拇指相对的一侧，在近小指的位置。用户通过压力传感器对其控制，具体位置在脚上、大脚趾下方，再通过无线连接到机器拇指。这样，两个脚趾传感器在感知佩戴者压力的细微变化来控制拇指的不同运动。

参与者通过系统的训练，很快学会了使用拇指的基础知识，而培训使他们能够成功地提高其运动控制能力、灵活性和手拇指协调能力。参与者甚至可以在 “分心” 时使用拇指，例如在做数学题的同时建造一座木块塔，或者在被蒙住眼睛的情况下也可灵活操控第三拇指。

图丨手部增强的行为相关性（来源：Science Robotics）

核心研究团队成员之一、伦敦大学学院认知神经科学研究所和 Dani Clode Design 的设计师丹妮・克劳德在接受媒体采访时表示：“我们的研究表明，人们可以快速学会控制增强设备并将其用于自己的利益，而无需过度思考。我们看到，在使用第三拇指时，人们改变了他们自然的手部动作，而且他们还报告说，机器人拇指感觉就像是他们自己身体的一部分。”

该研究的第一作者、伦敦大学学院认知神经科学研究所宝琳娜・基尔巴（Paulina Kielba）说：“有朝一日，身体增强可能会以多种方式对社会产生价值，例如让外科医生在没有助手的情况下工作，或者让工厂的工人更高效地工作。”

他补充说道：“这可以彻底改变假肢的概念，它可以帮助那些永久或暂时只能用一只手的人用那只手做任何事情。但要做到这一点，我们需要继续研究复杂的、跨学科的问题这些设备如何与我们的大脑互动。”

研究人员要求参与者仅使用增强手来完成相关任务，并检查他们开发手和机器拇指交互的能力。参与者在各种行为和大脑成像测试中进行了核磁共振扫描，旨在确认增强手的训练前后的表现。

测试结果发现，用第三拇指增强的手在大脑感觉运动皮层中的表现方式发生了微妙但显着的变化。在他们的大脑中，每个手指都与其他手指截然不同；在研究参与者中，对应于每个手指的大脑活动模式变得更加相似。

图丨手部增强后生物手部呈收缩状（来源：Science Robotics）

一周后，一些参与者再次接受扫描，他们大脑手部区域的变化已经消退，这表明这些变化可能不是长期的，尽管需要更多的研究来证实这一点。也就是说，第三拇指的使用削弱了生物手的自然运动协同作用。

基尔巴说：“我们是第一个在实验室外使用增强设备的研究，这是第一个在长时间训练中进行多天增强的研究，也是第一个拥有未经训练的对照组的成功。 我们的研究显示了神经科学家与设计师和工程师密切合作的价值，以确保增强设备充分利用我们大脑的学习和适应能力，同时确保可以安全地使用增强设备。 ”

马金教授补充说：“进化并没有让我们准备好使用额外的身体部位，我们发现，为了以新的和意想不到的方式扩展我们的能力，大脑需要适应生物体的表征。”

总的来说，运动增强可以很容易地实现，其具有灵活使用、减少认知依赖和增强感觉的潜力的体现，这种神经认知结果对于成功实施未来的增强技术至关重要。

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参考：

h ttps://techxplore.com/news/2021-05-robotic-thumb-brain-representation.html_

https://robotics.sciencemag.org/content/6/54/eabd7935