Science Robotics见刊发表 剑桥大学成功开发人类“第六指”
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2024-06-17 18:00
大数据文摘受权转载自机器人大讲堂
人类与动物的根本区别在于能够熟练地使用工具，而使用工具的必要前提是人类的双手得以解放。但你有没有想过，绝大多数灵长类动物，它们通常都有五根手指。然而，有些两栖动物，如青蛙和蟾蜍，通常有四根“手指”（实际上是前肢上的四个趾）。要知道人类的五根手指为我们提供了适应环境和生活需求所需的灵活性和功能性。但如果有一天，人类拥有了第六根手指，你将会如何来使用它呢？
近日剑桥大学研究人员通过设计第六根手指成功实现了（可控制的假肢额外手指）物品的拾取和操纵。该研究方向聚焦于运动增强技术，通过使用可穿戴设备中的外骨骼设备或机器人结构，来提升运动以及交互能力。
该研究成果已成功在《Science Robotics》期刊发表。接下来，我们将对该研究成果做详细解读，探索人类第六根手指的应用价值。
3D打印制作 596名参与者评测 简单易上手
研究人员使用3D打印设备，制作了这根“第六指”，并充分考虑到个体手掌差异，使用3D打印的方式制作，保证了设备的轻便性和舒适度。在设计过程中，研究人员经过多次迭代升级，最终形成了该论文中展示的手指原型，该设计的初衷是为了探索人类手部的增强功能，并考虑到了不同人群的可穿戴性和操作性。在英国皇家学会夏季科学展览会上，研究人员率先展示这款创新的设备，并邀请了596名参与者进行测试。
在测试过程中，研究人员对测试者佩戴和操作设备时的反应进行了观察。测试结果显示，绝大多数参与者都能迅速适应并熟练使用“第六指”。这体现了该设备具有良好的易用性，而这主要归功于其简约的操作界面与控制系统，以及符合人体工程学原理的设备设计。
此外，研究人员还通过放置在脚部的压力传感器来控制拇指的运动，这一设计使得用户能够更加自然地操作设备，无需额外的手部动作。该控制方式不仅提高了操作的便捷性，还降低了使用难度，使得不同年龄和技能水平的用户都能够轻松上手。
“第六指”打破性别惯用手操作习惯 可轻松实现差异化适配
在“第六指”设备测试过程中，研究人员对用户表现与各种人口统计因素之间的关系进行了深入分析。结果显示，性别和惯用手对用户在操作该设备时的表现并未产生明显影响。这一发现打破了传统观念，即不同性别或惯用手可能会对操作性能产生影响。实际上该设备的设计和控制系统足够灵活，因此能够适应不同用户的特点和需求。
不过，实际测试环节还是受到了一定程度的年龄因素影响。由于年幼儿童的手部协调能力和认知能力相对较弱，他们在操作设备时的表现略显不足。与此相反，年轻人和老年人在任务完成上的表现相近，这可能与他们拥有更为成熟的手部技能和认知能力紧密相关。
这些发现为研究人员提供了宝贵的反馈，下一步研究人员将进一步优化设备，同时根据不同年龄段用户的需求，对界面和功能进行更为精细的设计，以确保该设备能够满足更广泛用户群体的需求。
通过运动增强技术提升场景应用的落地能力
运动增强技术作为当今科技领域的前沿话题，在智慧医疗、运动康复、娱乐经济领域应用广泛，该技术能够强化或拓展人类的身体机能，通过实时追踪与分析，提供精准的反馈和指导，帮助用户准确纠正动作中存在的问题。特别是可穿戴设备以及外骨骼等创新科技的涌现，更为残障群体提供了一种全新的交互方式。
不过对于可穿戴设备来说，兼容性与安全性是最重要的两个指标，为了确保运动增强技术能够更好地帮助需要的人。研究人员在研发阶段就考虑到了用户多样性需求和个人偏好。通过征集用户意见和进行大规模测试，来采集样本数据，进而评估“第六指”在实际应用落地场景的表现，并对设备的功能进行不断优化，以此来满足不同群体的使用。
安全测试是“第六指”可穿戴设备从实验室走向市场的重要一环，研究人员表示，未来在该设备投入市场前，将进一步执行严格的质量监控和安全测试，以确保推向市场的每一款设备都能在保证用户安全的基础上，发挥出其最佳性能。
“第六指”可穿戴设备项目 目前依然有改进空间
虽然研究人员对“第六指”可穿戴设备进行了大规模泛化性测试，但对于长期佩戴于使用习惯性这两个维度，尚未进行深入研究。研究人员表示，未来将进一步探讨用户在使用设备过程中的适应性变化以及可能出现的新问题。
另外，研究人员的样本涵盖了广泛的年龄段和人群特征，但对于一些特殊维度并未涵盖全面，如不同种族和肢体残疾人员等。为了弥补这一可能出现的问题，研究人员后续将更全面地了解不同用户群体的需求和偏好，进一步扩大研究范围，并邀请更多具有不同背景的用户参与测试。
结语与未来：
剑桥大学研发的“第六指”可穿戴设备，在不远的将来有望在大众层面普及，通过可穿戴手部增强设备，提升人类手部功能和操作效率。这一创新思路为人机交互提供了全新探讨方向。研究人员表示，团队在接下来的时间将对“第六指”进行持续优化和迭代，并加入佩戴时长、佩戴习惯等其他实验选项，以满足不同人群的佩戴需求，成为人们日常生活和工作中重要的操作辅助工具。
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