疫情期間當阿宅 17歲的他造出可用意念控制的機械手臂

你還記得你在封城期間做了什麼事嗎?美國17歲高中生崔利用封城期間多出來的時間,用3D列印機和腦波圖做出了可用意念控制的低成本機械手臂,他的成品受到麻省理工學院的關注。

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打造意念控制的機械手臂

人們在COVID-19疫情期間被迫待在家防疫,住在美國維吉尼亞州(Virginia)的17歲高中生崔(Benjamin Choi,音譯)雖然被迫關在家,但他可沒一刻閒著。疫情期間,他憑自己的力量打造出一台可用意念控制的機械手臂,最終成品完成性高且價格實惠,受到《史密森尼雜誌》(Smithsonian magazine)的採訪和各家媒體的報導。

17歲高中生崔趁著疫情封城期間,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。

受到一部紀錄片啟發

崔在8歲的時候,看到美國電視節目《60分鐘》(60 Minutes)播出的一部紀錄片介紹一種嶄新的科技,影片中的研究人員在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、移動他的機械手臂義肢。

崔立即被片中的概念吸引,他覺得那樣的科技很酷,就像是電影《星際大戰》(Star Wars)中會出現的場景。

COVID-19攪局 開啟研究契機

2020年的一場COVID-19疫情打亂所有人生活的步驟。原先,崔計畫在暑假的時候到實驗室研究鋁空氣電池;但計畫比不上變化,實驗室因為疫情嚴峻而被迫關閉。

突然間,崔只能待在家,面對多出的時間,他決定利用手邊現有的材料,研究他一直很感興趣的意念控制義肢

從3D列印開始

首先,崔借用姊姊75美元(折台幣約2,188元)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,在打印時他碰到第一個難題——這台3D列印機一次只能印出12公分長的物體。不得已,他只好改變作法,將手臂先拆成好幾塊,全部印出來後,最後再用螺絲和線將各個區塊固定成形。

崔花了將近30個小時,才將3D列印的手臂完成。

腦波圖原來可以這樣用!

製作出機械手臂後,崔想到用腦波圖(Electroencephalography,EEG)取代在人腦中植入的微型感應器。

他利用腦波圖偵測到的數據與頭部的姿勢來驅動機械手臂,如此一來,人們不需要動到複雜的腦部手術,便可以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。

崔發展出用腦波圖的數據與頭部姿勢來控制機械手臂的動作。

結合過去所學

在過去,崔參加過不少製作機器人的競賽,累積了足夠的機械工程技術與編碼的經驗,知道怎麼寫出驅動機器人的程式。此外,他也曾在工程師論壇網站Stack Overflow上自學Python和C++的程式語言。

大約6個月的時間,崔最終版本的設計是透過腦波圖收集訊息,經由藍芽傳送到機械手臂裡的晶片,再由晶片中的AI模型(A.I. model)經過運算後形成有意義的指令,做出反應的動作。

而崔在打造AI模型的運算上,找到了6位志願者協助他。每位志願者戴上腦波圖儀器,花費大約2個小時收集他們在手掌用力與放鬆時的腦波數據。

麻省理工學院願意出錢出力

崔將自己的研究成果發布在YouTube上後,得到在賓夕法尼亞州(Pennsylvania)的截肢者鄧恩(Joseph Dunn)的建議與協助,同時崔也得到來自麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的指導與資金,幫助他有更多專業的材料與技術,繼續研發這個意念控制的機械手臂。

專家給予大力肯定

約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins University)的生物醫學工程師偉斯特(Brock Wester)對於崔的成果感到驚豔。偉斯特指出,《60分鐘》紀錄片中的意念控制技術是由一大群人一起研究完成,但崔竟然只靠他自己一人就做出成品。

偉斯特:「他能夠打造出這個手臂義肢,而且建構出一套演算法,可以偵測神經訊號後轉化成指令,我認為這真的非常了不起。他應該繼續在這個領域研究,我相信他能做出更多重要的貢獻。」

偉斯特也補充,崔之後如果要將手臂義肢連結到人體上,還有很多的工作要做。

疫情中小小研究 奠定未來志向

在那之後,崔經過75次的修正與更新,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,崔的意念控制機械手臂只花費了300美元(折台幣約8,693元),而一般市面上的機械義肢通常造價都到上千美元不等。

崔在未來會正式學習工程學,精進他的機械手臂的設計並投入一些臨床的實驗。他希望這次研究出的演算法也能幫助到輪椅族或是失語的病人,成為他們有用的輔助工具。

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