美國高中生疫情在家研發「腦波控制機械手臂」成本僅300美元獲專家、MIT認可

By Chin on 03 Jul 2022

Digital Editor

美國維吉尼亞州（Virginia）一名17歲高中生Benjamin Choi在疫情被迫待在家期間，靠著3D列印機以及其所學的機械工程知識，獨立研究出一台可用腦波控制的機械手臂，製作成本僅約300美元，較市場上的義肢手臂更實惠，讓殘缺人士無需接受開腦手術就能用意念控制機械手臂義肢。

Benjamin自小就對機器人和編碼深感興趣，曾參加過多個機器人研發比賽，還擁有豐富的機械工程技術與編碼知識。在接受媒體訪問時，Benjamin講述其研發腦波控制機械手臂的靈感是在8歲的時候，從美國電視節目《60分鐘》（60 Minutes）播出的一部紀錄片中認識到一種意念操控的先進科技。影片中，研究人員將微型感測器植入到患者大腦的運動皮質區中，讓患者能夠靠意念來控制機械手臂義肢。這個概念令Benjamin印象深刻，但同時他也認為腦部手術風險高，且這類機械手臂的價格高昂，一般人難以承擔。

Photo from YouTube @SocietyforScience

2020年疫情爆發後，在家中防疫的漫長時間，Benjamin決定利用自身的編碼學識以及身邊擁有的材料，自研打造一個腦波控制的機械手臂。他先是使用了姊姊的3D列印機，花近30小時設計打印出機械手臂原型。最後Benjamin選擇採用腦波圖（EEG）收集訊息，通過藍牙傳送到機械手臂裡的晶片，再經由晶片中的AI模型的運算後，形成有意義的反應和動作指令。為打造AI模型的運算，Benjamin收集了6名志願者的腦波數據，用於撰寫演算法。Benjamin利用這些數據訓練AI模型辨別大腦訊號，準確度平均高達95%。在歷經約6個月的時間，75次的改良更新，Benjamin的腦波控制機械手臂原型總算大功告成。

生產成本不及300美元

Benjamin解釋，當前市場上的上肢神經義肢成本超過45萬美元，且需面臨風險極高的開顱手術。而他研發的腦波控制機械手臂材質為工業級樹脂，可承受最高達4000公斤的重量，且生產成本不及300美元。患者無需進行手術，僅需將腦波圖儀器佩戴在耳朵和額頭上就能輕鬆控制機械義肢。

Photo from Society for Science

Benjamin將研究成果發佈到網上後，奪得大量關注和青睞。約翰霍普金斯大學（Johns Hopkins University）生物醫學工程師偉斯特（Brock Wester）對Benjamin的研究感到驚豔，大讚Benjamin能夠獨自打造出機械手臂義肢，並創建一套演算法，將神經訊號轉化成指令是非常了不起的。這項研究成果也成功入圍2022再生元科學獎（Regeneron Science Talent Search）決賽，麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）也表示願意資助Benjamin的研究，並提供更專業的指導、材料和技術，幫助其繼續研發腦波控制機械手臂。