锐利铁芯的科学普及，不怕没有基础。这是芒果，一个不干活的机械师。一年后，第二季《科学机器人》再次上映。芒果已经练习（钓鱼）一年了，回来后有了更高的知识储备和更好的视听效果。第一季的内容受到了大家的广泛关注和喜爱。机器人科学的第二季将会更加精彩。在这里，您将看到最前沿的科技进步和最科学的网络应用前景。因此，不需要太多废话，让我们直接进入今天的主题，运动增强
这里的运动增强并不是通过体育锻炼来提高身体素质，而是指通过人体安装增强设备，即安装更多的身体部位，使大脑能够学习和适应使用从未使用过的部位，从而扩展身体能力。脑机接口（BCI）或脑机接口（BMI）已被广泛研究。一些残疾人通过设备获得脑波信号或肌电图信号后，可以通过机械手臂来替代手臂的功能。有关基础知识，请参考我去年的《脑机接口》视频。所以问题是，如果你，作为一个健康的人，有一个额外的手指，甚至整个手臂，你的大脑能升级并控制它们吗？此外，如果大脑适应了这些新的身体部位，它们又会对大脑产生什么影响？人机一体化似乎是一个非常遥远的话题，但今天的科学技术发展已经在这一领域显示出一些迹象。大脑直接控制机器，机器反过来影响大脑。如果您对这些问题感兴趣，请继续关注~
人类一直在努力提高他们的身体和认知能力。人类是否可以用大脑控制身体增强设备是科学界一个活跃的话题。这不仅取决于技术创新，还取决于我们大脑学习、适应和与增强型设备互动的能力。机器人学和神经科学交叉学科的最新进展正在推动关键技术的发展，这些技术可能使人脑能够通过适应新的外部接口来增强其能力。运动增强是一个发展中的领域。工程师们目前正在开发更多的机器人手指，甚至整个手臂，以探索使用人造外部设备来扩大健康人的自然运动能力。这些改进旨在改变我们与环境互动的方式，这需要改变我们移动和操纵生物体的方式。在运动增强领域，SRL技术是当今世界上最热门的研究课题，那么什么是SRL技术呢？
Supernumerary robotic limbs多余机械手
这种可穿戴设备能够帮助人们在危险环境中完成任务，防止人摔倒，又或是帮助人们完成一些超出人类极限的操作，比如飞快的爬行等。有的小伙伴可能要问了，upup你说的这种多余机械手，不就是机械臂吗，工厂里到处都是，有什么新奇的。与传统机械手不同，SRL不固定在特定的底座上，而是固定在人类身体上；它也和移动机器人手臂不同，SRL的底座运动不是完全可控可预测的。也就是说，SRL需要在不断干扰下与环境进行交互，一个成熟的SRL系统必须能够补偿这种不可预测的干扰，并提供类似机器人的精度。
另外，认知神经科学家一直在研究人类大脑对四肢的幻觉，以探索身体对有形和无形物体的所有权。研究的结果表示，人们是可以将一个外肢体，视为自己身上的肢体。虽然我暂时没有体验过这种感觉，但是有看到一些小伙伴说自己幻肢疼痛或是翅膀被压到了。相关的技术实验在2014年一篇关于用脑机接口控制第三只手完成多任务操作的论文中得以验证，15 名参与者参与了实验，该实验包括通过想象抓取动作，用类人机器人手臂抓取瓶子。机械臂被放置在参与者旁边，以创造它从他们自己的身体中出来的错觉。这就表明，研究人员是可以构建一个可视为自身肢体的SRL，大大增加了人类的自然技能的范围，让SRL成为人体的延申。
在运动增强这个领域中，除了SRL，还有SRF Supernumerary robotic Fingers也就是多余机械手指。最新的science robotics中的一篇文章引起了广泛的注意，Robotic hand augmentation drives changes in neural body representation，机器手增强装置驱动神经表征变化。UCL的研究人员研究了是否可以通过额外的机器人拇指实现成功的运动增强。而这篇文章的重要意义在于，这个额外的运动增强对生物手的神经表征和功能产生了影响，也就是，人对外部机械体的控制，影响力大脑。究竟是怎么回事？我们来看一看。他们招募了20名“第三拇指”的受试者，每人在实验室里花了5天时间训练使用“第三拇指”，完成一套单手执行的任务，比如单手搭积木、一只手拿起多个球或酒杯等，还要每天晚上把设备带回家，每天共尝试使用2到6个小时。研究人员要求参与者仅使用增强手完成正常的双手任务，并检查他们开发手机器人交互的能力。五天后，即使在认知负荷增加比如边做数学题或视力被遮挡时，训练也能改善第三拇指运动控制、灵巧性和手机器人协调性。
实验还远远未结束，在研究开始和结束时，所有参与者都接受了核磁共振扫描，以追踪他们在移动手指时的大脑活动。结果显示，这种身体增强装置影响了手部表征和运动控制的关键方面，受试者大脑感觉运动皮层的活动发生了显著变化，尤其是负责手部的区域。机械拇指的使用削弱了生物手的自然运动协同作用。正常来说，大脑对五根手指中的每一根都有不同的感受区；而使用了“第六拇指”后，对应于每个手指的大脑活动模式变得几乎相同。此外，大脑解码显示经过增强训练后，即使没有佩戴第三个拇指，手的运动表征也会出现轻微崩坏。最终，研究结果表明，相关技术已经可以很容易地实现运动增强，具有灵活使用、减少认知依赖和增强体现感的潜力。然而，增强可能会导致生物手的表征发生变化。这种对于神经认知后果的研究 对未来增强技术的成功实施至关重要。
随着技术与人体更加融合，我们应该能够看到了从神经和认知角度出现的新挑战和机遇。考虑到大脑可塑性以及神经认知的瓶颈，一个新的问题出现了，我们如何能够以最好的方式实现人机融合。在刚才的最新突破中，证明了现有技术可以很容易的实现运动增强，发挥大脑的未知潜力。证明了人脑不仅能够控制外部设备，而且能够在多任务处理等苛刻情况下应对和适应。这开辟了探索其他未来应用的可能性，这些应用涉及使用不同类型的多余机械臂进行协作和并行任务。未来的SRL将通向更加智能的机械臂，这些拥有一定智能的机械臂拥有外界环境感知的能力，可以补充大脑的命令使得控制更加精确。他们能够根据对于环境的建模和感知，补充大脑缺失的视觉能力，去优化大脑的命令做出更加符合使用者意图的动作。比如你面前有3个瓶子，几乎一模一样，只有一个瓶子矮了1mm，作为普通人的我们完全无法挑出特别的那一个，但一个拥有机器视觉机械补充臂却可以将这种细节信息补充给我们。但是要注意人机融合可能会对身体表现和运动控制的关键方面产生直接影响，无论是自适应还是不适应，在这项技术被广泛实施之前，还需要进一步理解和探索，尤其是在神经科学领域的探索。现实的科技进步和影视画面中远远有着巨大的不同，需要大量的理论分析，反复的实验证明，以及对于安全性的评估。
随着残疾人佩戴义肢在我们生活中逐渐常见，我们也开始对这些习以为常。而在该领域未来的发展中，健全人也将会接触到更多的额外的机械体，随着越来越多的机械化与智能AI的改造，那这些额外的机械体是否会改变社会形式以及人类的思想呢？本视频中的手指对大脑皮层的微笑影响，这是否代表人类已经迈出了进化的一小步？
最后，机器人科学系列节目第二季会选取著名期刊Science Robotics中有重大进展突破或我认为有趣的文章来分享给大家。Science Robotics是Science杂志旗下的子期刊，包含软体机器人，假肢，机器人垂直跳跃，神经外骨骼、自动驾驶等机器人科技最前沿的发展领域。我在研读文章的同时，会针对文中的相关领域或术语做一定的解释，并做一定的调研，也会将我个人的心得体会呈现出来，如果喜欢的话可以点个一键三连加关注，学术视频制作不易，你的三连就是我更新的动力，可别下次一定了，点赞越多更新越快哦。