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我长了一条日本制的尾巴:智能配合身体运动,增强平衡感,把我变成“改造人”| SIGGRAPH

2019-10-29 10:46:45    创事记 微博 作者:   

原标题:我长了一条日本制的尾巴:智能配合身体运动,增强平衡感,把我变成“改造人”| SIGGRAPH 来源:量子位

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栗子 发自 凹非寺 
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

△ 来自《小林家的妹抖龙》

“我头上没有鸡脚,但我身后有尾巴。”

这条尾巴来自东瀛,是庆应义塾大学的作品。

它自然地摇摆,与人体的动作十分合拍,浑然一体:

你把身子往左歪,尾巴就喜欢朝右摆,把身子向前倾,尾巴便要朝后翘。

那么问题来了,这有何用?

对于人类祖先丢掉了尾巴这件事,日本的小伙伴一直耿耿于怀:

那么多脊椎动物,都靠尾巴来保持平衡,人就不行么?

这条中二的机械尾巴,名字叫Arque,使命就是帮助常常跌倒的人们,增强平衡能力,甚至有尾巴而不用手杖。还能让人有能力搬运更重的物品,而不失去平衡。

这项新研究,入选了计算机图形学顶会SIGGRAPH 2019。

来自海马的启发

在达尔文的进化论里,人类学会直立行走之后,已经不需要尾巴保持平衡了。于是,这个“多余”的器官,慢慢被自然选择淘汰了。

不过,前赴后继的平地摔选手告诉我们,人体可能还是需要些额外的平衡技巧。

其实,不止平地摔选手。

普通人类在爬高或是搬着重物往前走的时候,也容易失了平衡;另外,年长的人类平衡感可能变弱,比年轻的时候更容易摔倒。

于是,庆应大学的研究人员,想起了被人类抛弃的尾巴。

自然界的尾巴,不用动物主动控制,就能提供足够的力量用来保持平衡。

那么,机械尾巴Arque也要有这两个优点才行:一是知道该向哪边发力,二是力量充足。

先看第一点,它有一个身体追踪器 (Body Tracker) ,可以估计当前的姿势下,人体的重心在哪里。

如果重心明显偏移了人体中心的位置,尾巴就要朝偏移的反方向摆过去,避免人类跌倒。

然后,就看第二点了。

为了让机械尾巴拥有强大的力量,团队从海马身上吸取了灵感。

海马的尾巴,拥有和身体大小不相称的力,能牢牢地勾住珊瑚或海藻:

并且,它的结构并不复杂。所以,机械尾巴的整体结构,便是模仿海马的尾巴设计出来了:

框架搭好,就该填充内容了。

一条尾巴,有四块人造肌肉镶嵌其中。驱动不同的肌肉,可以生成8个方向的力。

至于怎样驱动,每块肌肉都有个气囊 (Bladder) ,充气的时候能承受0.8 kpa的压强。有了它,肌肉便可以自由地伸展和收缩。

不过,想成为与人体和谐共处的器官,尾巴的长度和重量都要支持调整才好。

结构上,关节的数量可增可减,模块化了。

重量上,关节的配重也能选择,从28克到184克,范围宽广:

这样,每个人都能长出一条适合自己的尾巴了。

团队温馨提示,体重的5%,是最适宜机械尾巴运作的质量。比如,一个70公斤的人类,尾巴大概3.5公斤。

原理,就是这样了。用途,却不止帮人保持平衡这一种,也可以帮人保持不了平衡嘛:

比如,把它用在沉浸式游戏里面。

当游戏里刮起了强风,尾巴就可以向一边摆,让人类体会到失去平衡的感觉。

这样,就不用被强力风扇吹得受凉了 (误) 。

改造人,不全是科幻

其实,庆应大学的小伙伴们,对人体的构造表示心有不甘,也不是第一次了。

他们一路都在尝试,用机械来增强人体原本的功能。

比如,2017年庆应就曾经发表过,用脚控制的一双机械手,名字叫Metalimbs。

多出了两只手,就算原本那双肉手正飞快地打字,也能腾出手来接电话;

两只手抱着大箱子,也还有两只手可以开门;

不过,想一边写作业一边打游戏,大概就要看脑容量了 (误) 。

不管是章鱼手,还是海马的尾巴,似乎都在通往一个赛博朋克的世界。

在那里,机械不是穿在身上,是人体的一部分。带有机械部件的人类,叫改造人 (Cyborg) 。

日本动画,自1960年代《人造人009》发表到现在,一直对这样的题材爱不释手。

比如,攻壳机动队的队长素子,是个全身义体化的妹子,只有大脑和脊椎是生物体的残留。据说由于全身义体化的关系,高度暴露也不会羞耻。

比如,海贼王草帽团的弗兰奇,身上藏着各式武器,钢铁之躯不怕任何子弹大炮,靠可乐驱动:

在这样绚丽的背景下长大,岛国的科研工作者对人体产生再丰富的联想和期待,也都不足为奇。

不止如此,日本政府已经投入了一笔超过9亿美元的资金,用在人工冬眠 (Artificial Hybernation) ,清洁环境垃圾,以及把人类变成改造人的研究上。

一位政府官员,对日经亚洲评论的记者说:会邀请研究人员提出自己的项目,来解决日本老龄化的问题。

比如,用机器来替代会死亡的人体器官,就是其中一个探索的方向。

论文传送门:

https://dl.acm.org/citation.cfm?id=3338573

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