少年研發「意念機械臂」 獲麻省理工注資

Benjamin Choi.

Benjamin Choi. Source: LinkedIn/ Benjamin Choi

受疫情被迫待家防疫,一名美國高中生在家靠3D列印技術,打造出一台可用「意念控制」的機械手臂,受各大媒體報導;同時也獲美國麻省理工學院的注資,提供更多專業的技術和材料。今日鐳射全方位張艾利和大家繼續分享這個天才科學家的故事。


在美國維珍尼亞州(Virginia)一名只有17歲的高中生Benjamin Choi,在2020年COVID-19疫情期間被迫待在家防疫。但他在疫情期間,他憑自己的努力在家靠3D列印機和他所學的機械工程知識,打造出一台可用「意念控制」的機械手臂,受到《史密森尼雜誌》(Smithsonian magazine)的採訪和多家海外媒體的報導,令他一夜成名。

Benjamin在8歲的時候,看到美國電視節目《60分鐘》(60 Minutes)介紹一種嶄新的科技。影片中的研究人員在病患者大腦的運動皮質區中,植入微型感測器,使患者能藉由「意念」控制及移動他的機械手臂義肢。他被片中的概念啟發,認為那樣的科技有很大的發展潛力,就像是荷里活電影中曾出現過的場景和道具一樣,非常震撼。
一場COVID-19疫情,打亂全球大部份人生活的步伐。原先,Benjamin計劃在暑假到實驗室研究鋁空氣電池;但實驗室因為疫情而被迫關閉。於是Benjamin只能待在家利用現成的材料,研究他一直很感興趣的「意念控制機械臂」。首先,Benjamin借用姊姊的3D列印機,他親自設計出機械手臂的外型,準備將它列印出來。不過,他碰到第一個難題就是這台3D列印機每次只能印出12公分長的物體!他處變不驚,先將手臂先拆成好幾塊,分枇印出來後用螺絲和線將各個區塊固定成形。Benjamin花了將近30個小時,將3D列印的手臂完成。

製作出的機械手臂後,Benjamin想到用腦電波圖(Electroencephalography,EEG)取代在人腦中植入的微型感應器。他利用腦電波圖偵測到的數據和頭部的姿勢,來驅動機械手臂,人們使不需要動到複雜的腦部手術,只需透過配戴在耳朵和額頭上的腦波圖儀器,來控制機械手臂的動作。

在過去,Benjamin曾參加過不少製作機器人的競賽,累積了機械工程技術與程式編碼的經驗;他也在工程師論壇網站Stack Overflow上自學Python和C++的電腦程式語言。大約花了半年,Benjamin最終版本的設計終於誕生!透過腦電波圖(EEG)收集訊息,經由藍芽傳送到機械手臂裡的晶片;再由晶片中的AI程式,經過運算後形成有意義的指令,做出機械手臂反應的動作。Benjamin在打造AI模型的運算測試上,找到了6位志願者戴上腦波圖儀器,收集他們在手掌用力與放鬆時的腦波數據。

Benjamin將研究成果發布在YouTube上,得到在賓夕法尼亞州(Pennsylvania)的截肢者鄧恩(Joseph Dunn)的協助;同時獲得到來自麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)的指導與資金,為他提供更專業的材料與技術,繼續研發。另外,來自約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins University)的生物醫學工程師布克. 韋仕特(Brock Wester)對於Benjamin的成果感到十分讚賞。Wester指出,《60分鐘》紀錄片中的意念控制技術是靠一組人研究和完成,但Benjamin竟然只靠他個人力量打造出這個機械手臂,而且建構出一套人工智能演算法,可以偵測神經訊號後轉化成指令,Wester認為他應該繼續在這領域上為人類做出更多貢獻。

經過75次的修正與更新程式,Benjamin將意念控制機械手臂改用工程級材料重製,並可承受最大4,000公斤的重量。不過,最令人意外的是,Benjamin的意念控制機械手臂只花費了300美元(約澳幣440元),而一般市面上的機械義肢通常造價都到上千美元不等。在未來Benjamin會正式學習工程學,提昇他的機械臂的設計並投入一些臨床的實驗。他希望這次研究出的AI演算法,也能幫助到坐輪椅或是失語的病人,改善他們的日常生活。

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