剑桥科学家确认其开发的"第三拇指"可被人们轻松掌握与应用

0 cnBeta.COM 2024-05-31 19:39:57

摘要：

剑桥大学的研究人员证明，人们可以快速学会控制假肢的额外拇指（即"第三拇指"），并有效地用它来抓握和处理物体。研究小组在不同的参与者身上测试了这种机器人设备，他们认为这对于确保新技术的包容性和适用于所有人至关重要。

剑桥大学的研究人员开发出了一种可控的假肢大拇指，人们可以很快学会使用它来拿起和操作物体。在英国皇家学会夏季科学展上进行的测试表明，该装置适用于广泛的人群，98%的参与者在一分钟内就能成功使用。这项研究强调了包容性设计在技术方面的重要性，确保所有用户，包括边缘化群体都能无障碍使用。图片来源：Dani Clode 设计公司和可塑性实验室

未来技术的一个新兴领域是运动增强技术--利用外骨骼或额外的机器人身体部件等可穿戴电动装置来增强我们的运动能力，使其超越目前的生物限制。

这些设备可以改善希望提高生产力的健康人的生活质量，而同样的技术也可以为残疾人提供与环境互动的新方式。

第三根拇指帮助用户打开瓶子。图片来源：Dani Clode Design / The Plasticity Lab

剑桥大学医学研究委员会（MRC）认知与脑科学组的塔玛尔-马金（Tamar Makin）教授说："技术正在改变我们对人类的定义，机器正日益成为我们日常生活的一部分，甚至成为我们身心的一部分。

"这些技术开辟了令人兴奋的新机遇，可以造福社会，但至关重要的是，我们要考虑这些技术如何平等地帮助所有人，特别是往往被排除在创新研发之外的边缘化群体。为了确保每个人都有机会参与并受益于这些令人兴奋的进步，我们需要在研发过程的最初阶段就明确纳入并衡量包容性"。

马金教授实验室的合作者达尼-克罗德（Dani Clode）开发出了"第三拇指"，这是一种额外的机器人拇指，旨在增加佩戴者的活动范围，增强他们的抓握能力，并扩大手的承载能力。这样，用户就可以完成单手可能难以完成或无法完成的任务，或者在无需与其他人协调的情况下完成复杂的多手任务。

第三根拇指的发展和功能

第三拇指佩戴在与生物拇指相反的手掌一侧，由放置在每个大脚趾或脚掌下方的压力传感器控制。右脚趾施加的压力将拇指拉过手掌，而左脚趾施加的压力则将拇指向上拉向手指。拇指的移动幅度与施加的压力成正比，释放压力后，拇指会回到原来的位置。

2022 年，该团队有机会在一年一度的英国皇家学会夏季科学展上测试了"第三拇指"，各年龄段的公众都可以在不同的任务中使用该设备。测试结果发表在今天的《科学机器人学》（Science Robotics）杂志上。

在五天的时间里，团队对 596 名参与者进行了测试，他们的年龄从 3 岁到 96 岁不等，来自不同的人口背景。其中，只有四人无法使用"第三只拇指"，原因要么是"第三只拇指"与他们的手不匹配，要么是他们无法用脚控制"第三只拇指"（专门为展览开发的压力传感器不适合体重很轻的儿童）。

不同使用者佩戴的第三根拇指。图片来源：Dani Clode Design / The Plasticity Lab

参与者有最多一分钟的时间熟悉设备，在此期间，团队会向他们解释如何执行两项任务中的一项。

第一项任务是用第三根拇指从钉板上逐个拾起钉子，并将其放入一个篮子中。参与者被要求在 60 秒内尽可能多地移动钉子。共有 333 名参与者完成了这项任务。

第二项任务是使用第三拇指和佩戴者的生物手一起操纵和移动五六个不同的泡沫塑料物体。这些物体形状各异，需要使用不同的操作方法，从而增加了任务的灵活性。同样，参与者被要求在最长 60 秒内将尽可能多的物体移到篮子里。246 名参与者完成了这项任务。

几乎所有人都能立即使用该装置。98% 的参与者都能在使用的第一分钟内成功使用"第三拇指"操控物体，只有 13 名参与者无法完成任务。

参与者的能力水平参差不齐，但男女之间的表现没有差异，尽管第三拇指始终戴在右手上，但手型也没有改变他们的表现。没有确切的证据表明，那些可能被认为"手巧"的人--例如，他们正在学习演奏一种乐器，或者他们的工作涉及手的灵活性--在完成任务时表现得更好。

老年人和年轻人在使用新技术时的能力水平相似，但在对老年人年龄段的进一步调查中发现，随着年龄的增长，他们的能力有所下降。研究人员说，这种影响可能是由于随着年龄的增长，感官运动和认知能力普遍下降，也可能反映了一代人与技术的关系。

年幼儿童的表现普遍较差。在无法完成任务的 13 名参与者中，有 6 名年龄在 10 岁以下，而在完成任务的参与者中，年龄最小的儿童往往比年龄较大的儿童表现更差。但是，即使是年龄较大的儿童（12-16 岁）也比年轻成人更难完成任务。

达尼说："增强技术就是要设计出一种与技术的新关系--创造出一种不仅仅是工具的东西，而是身体本身的延伸。鉴于身体的多样性，可穿戴技术的设计阶段必须尽可能具有包容性。同样重要的是，这些设备要能为广大用户所使用，并具有实用性。此外，这些设备还应该便于人们快速学习和使用。

同样来自英国皇家研究理事会认知与脑科学研究组的合著者露西-道达尔（Lucy Dowdall）补充说："如果运动增强技术--甚至更广泛的人机交互技术--要想取得成功，就必须与用户的运动和认知能力完美结合。我们需要考虑到不同年龄、性别、体重、生活方式、残疾状况，以及人们的文化、经济背景，甚至对技术的喜好或厌恶。要实现这一目标，必须对大量不同人群进行身体测试。"

缺乏包容性设计考虑导致技术失败的例子不胜枚举：