英特爾與埃森哲共同支持神經(jīng)擬態(tài)研究項(xiàng)目，將為輪椅上的兒童帶來(lái)福音

英特爾和埃森哲近日宣布，他們將共同支持英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)（INRC）的一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目由以色列開(kāi)放大學(xué)神經(jīng)-生物擬態(tài)工程實(shí)驗(yàn)室牽頭并與阿林醫(yī)院（ALYN Hospital）協(xié)作完成。通過(guò)埃森哲的資金和技術(shù)支持、英特爾的神經(jīng)擬態(tài)技術(shù)以及Applied Brain Research（ABR）公司的算法，以色列研究團(tuán)隊(duì)將開(kāi)發(fā)一款安裝在輪椅上的機(jī)器人手臂，協(xié)助有脊柱損傷的病人完成日?；顒?dòng)。該設(shè)備將在以色列最先進(jìn)的青少年康復(fù)中心阿林醫(yī)院——進(jìn)行針對(duì)兒科病人的臨床評(píng)估和測(cè)試。

英特爾神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室主任Mike Davies表示：“神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算很適合用于輔助技術(shù)，因?yàn)樗鼘?duì)能耗的要求低，能夠?qū)W習(xí)并實(shí)時(shí)適應(yīng)新情況。通過(guò)英特爾、埃森哲與以色列開(kāi)放大學(xué)、阿林醫(yī)院的合作，我們希望為依賴輪椅且行動(dòng)不便的兒童賦予新的能力，提升病人的生活品質(zhì)?！?/p>

全世界有超過(guò)7500萬(wàn)人出行需借助輪椅。對(duì)于由于神經(jīng)肌肉或脊髓損傷而導(dǎo)致上肢末端殘障的人來(lái)說(shuō)，即使是最基本的動(dòng)作（例如使用水杯喝水或使用勺子吃飯） 都是很大的困難。對(duì)于這樣的病人，拿取并精準(zhǔn)操控物體的能力一直以來(lái)都是最重要的挑戰(zhàn)之一。¹

輔助機(jī)器人技術(shù)可以彌補(bǔ)這一鴻溝。研究表明，安裝在輪椅上的機(jī)器人手臂能增強(qiáng)使用者的獨(dú)立感，這些輔助工具最多可以減少41%的必要人為護(hù)理時(shí)間。¹然而，由于能讓機(jī)器人手臂實(shí)時(shí)適應(yīng)使用者和周圍環(huán)境的部件十分昂貴，這類設(shè)備的成本極高，大多數(shù)有需要的人群無(wú)法購(gòu)得。

英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究芯片Loihi擁有實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)能力，因此有望幫助降低此類設(shè)備的開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)成本。研究人員預(yù)測(cè)，利用Loihi的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)能力可以執(zhí)行自適應(yīng)控制，從而增強(qiáng)機(jī)器人手臂的功能性，同時(shí)采用性價(jià)比高的零部件，可以將成本降低10倍以上。Loihi的高能效的特點(diǎn)可以保障輔助技術(shù)在真實(shí)場(chǎng)景落地和高效使用。同時(shí)Loihi的能效最高能達(dá)到通用芯片的1000倍，采用Loihi芯片的設(shè)備所需充電次數(shù)更少，因此更適合日常使用。

埃森哲技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展與戰(zhàn)略總監(jiān)、首席研究科學(xué)家Edy Liongosari表示：“該研究項(xiàng)目強(qiáng)有力地展示了神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算對(duì)開(kāi)發(fā)價(jià)格合理的智能輔助設(shè)備的重要性。為殘障人士（尤其是年幼的兒科病人）提供這些設(shè)備，將對(duì)他們的獨(dú)立性產(chǎn)生深刻影響，并改善他們的生活方式。我們期待與以色列開(kāi)放大學(xué)的研究人員、阿林醫(yī)院以及英特爾開(kāi)展合作，貢獻(xiàn)我們的技術(shù)和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步，讓它為最有需要的人服務(wù)?！?/p>

圖注：機(jī)械臂的早期原型，旨在協(xié)助脊髓損傷患者執(zhí)行日常任務(wù)。 通過(guò)埃森哲的資金和技術(shù)支持、英特爾的神經(jīng)擬態(tài)技術(shù)以及Applied Brain Research（ABR）公司的算法，以色列研究團(tuán)隊(duì)將開(kāi)發(fā)一款安裝在輪椅上的機(jī)器人手臂，協(xié)助有脊柱損傷的病人完成日?；顒?dòng) 圖片來(lái)源：阿林醫(yī)院

關(guān)于研究項(xiàng)目：以色列開(kāi)放大學(xué)和阿林醫(yī)院的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于產(chǎn)品測(cè)試的機(jī)器人手臂；下一步是建立控制手臂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。為此，研究團(tuán)隊(duì)將采用由ABR開(kāi)發(fā)并提供給本項(xiàng)目的“反復(fù)糾錯(cuò)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)控制分層算法（REACH）”作為基礎(chǔ)。根據(jù)ABR展示，與神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算結(jié)合的REACH模型可以讓設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單的機(jī)器人手臂以復(fù)雜的路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，如手寫(xiě)單詞和數(shù)字。與傳統(tǒng)控制模式相比，這一模式的錯(cuò)誤率更低，在能效上也有大幅改善。^{2, 3}

算法的工作完成后，研究團(tuán)隊(duì)將把新模型部署到英特爾的神經(jīng)擬態(tài)硬件上，并測(cè)試機(jī)器人手臂的功能。設(shè)備經(jīng)改進(jìn)后將進(jìn)入臨床測(cè)試及評(píng)估階段，其服務(wù)對(duì)象是阿林醫(yī)院需要使用電動(dòng)輪椅和患有上肢運(yùn)動(dòng)損傷的病人。參與者將使用一個(gè)小型的精密操縱桿來(lái)控制機(jī)器人手臂，研究人員將收集機(jī)器人手臂性能相關(guān)信息，以對(duì)其實(shí)用性進(jìn)行評(píng)估。

 “我們相信，基于神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算開(kāi)發(fā)的機(jī)器人手臂將徹底改變很多殘障人士的生活。他們將能更加輕松地參與社區(qū)活動(dòng)，獲得更高的獨(dú)立性，還能擁有新的就業(yè)機(jī)會(huì)，” 阿林醫(yī)院創(chuàng)新部總經(jīng)理Arie Melamed-Yekel表示?！斑@款設(shè)備成本降低、性能提升，有望顛覆這個(gè)市場(chǎng)。能與以色列開(kāi)放大學(xué)、英特爾和埃森哲共同引領(lǐng)這次變革，我們感到非常驕傲。”

埃森哲實(shí)驗(yàn)室和英特爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員將利用自身在神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算和人工智能領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)神經(jīng)擬態(tài)算法的發(fā)展，并為本項(xiàng)目的研究設(shè)計(jì)提供支持。

 “受限于高成本和高能耗，機(jī)器人手臂目前還無(wú)法為人們帶來(lái)福祉，” 以色列開(kāi)放大學(xué)首席項(xiàng)目研究員Elishai Ezra Tsur表示?！坝辛税Ｉ芤约坝⑻貭?、ABR的支持，我們得以探索在神經(jīng)擬態(tài)硬件上實(shí)施自適應(yīng)控制，以顯著降低的成本滿足人們對(duì)協(xié)作性強(qiáng)、對(duì)用戶友好、精準(zhǔn)度高的機(jī)器人手臂的需求?！?/p>

如果該項(xiàng)目獲得成功，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃探索這款輔助機(jī)器人手臂的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。此外，他們還打算探索自適應(yīng)控制技術(shù)在柔性制造和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

英特爾和埃森哲將繼續(xù)合作，尋找并資助其它有潛力能夠推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展的神經(jīng)擬態(tài)研究項(xiàng)目。

圖注：阿林醫(yī)院團(tuán)隊(duì)的一名成員演示如何使用機(jī)械臂來(lái)協(xié)助脊椎受傷患者執(zhí)行日常任務(wù)。 圖片來(lái)源：阿林醫(yī)院

關(guān)于英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)（INRC）：英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)是一個(gè)由全球與英特爾合作推動(dòng)神經(jīng)擬態(tài)計(jì)算發(fā)展、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新人工智能應(yīng)用程序的學(xué)術(shù)團(tuán)體、政府實(shí)驗(yàn)室、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)組成的生態(tài)系統(tǒng)。有興趣加入INRC、為L(zhǎng)oihi從事開(kāi)發(fā)工作的研究人員可訪問(wèn) 英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)網(wǎng)站 。在網(wǎng)站上也可查看目前成員名單。

¹   Michmizos, Konstantinos P., Hermano Igo Krebs (2017). 兒童機(jī)器人輔助康復(fù)：關(guān)于感知運(yùn)動(dòng)障礙兒童康復(fù)的現(xiàn)有知識(shí)與未來(lái)趨勢(shì). NeuroRehabilitation 41, no. 1: 69-76.

²   DeWolf, Travis, Terrence C. Stewart, Jean-Jacques Slotine, Chris Eliasmith. "一種自適應(yīng)機(jī)械臂控制的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型". 英國(guó)皇家學(xué)會(huì)論文集B: 生物科學(xué)283, no. 1843 (2016): 20162134

³   DeWolf, Travis, Pawel Jaworski, Chris Eliasmith. "Nengo和低能耗人工智能硬件實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的嵌入式神經(jīng)機(jī)器人". arXiv 預(yù)印本arXiv:2007.10227 (2020)