新貼片能在動態環境中操控機械人

    美國加州大學聖達戈分校團隊開發出一款新型可穿戴系統，能讓使用者在跑步、駕駛甚至海浪顛簸等動態環境中，僅憑日常手勢即可穩定操控機械人設備。相關成果發表於新一期《自然 · 感測器》雜誌。

    該系統外形為一枚柔軟貼片，附着於布質臂章之上，集成了運動與肌肉感測器、藍牙微控制器及可拉伸電池。系統基於包含真實手勢與多種運動狀態的資料集進行訓練，通過定製化深度學習框架，即時捕捉並處理來自手臂的信號，濾除干擾、識別手勢，進而向機械人等設備發送控制指令。

    團隊表示，傳統手勢傳感設備在使用者靜止時表現良好，但在運動雜訊干擾下信號容易失真，限制了實際應用。

    新系統成功攻克了這一瓶頸問題。在多種動態環境測試中，受試者即使處於奔跑、高頻振動及多重干擾條件下，仍能通過該系統穩定操控機械臂。該系統還在類比海洋環境中通過驗證。所有測試均顯示，該系統反應迅速、識別準確。

    簡單來理解，它像是一個通用的“手勢翻譯官”，即便是在奔跑、高頻振動、游泳或行駛的汽車等高度動態的環境下，也可以通過無線捕捉和傳輸手勢信號，並將提取的手勢信號轉換為即時、連續的基礎控制機械手臂動作。而面對一些相對複雜的動作，則可以將這些基礎動作像搭樂高積木那樣一步步組合完成。實驗結果顯示，該系統實現了一系列優異的性能：手勢識別的準確率達百分之九十四；新用戶僅需坐姿和臥姿兩個樣本就能完成模型微調，大幅度減少了資料獲取時間；從手勢信號捕捉到機械人手臂回應的延遲約一點三秒，可滿足即時控制的需求；電池性能方面，可拉伸電池在六十個循環後容量保持在約25 mAh，庫侖效率近百分之一百，可支持設備四小時以上的連續運行。

    這是目前首個能在多種運動干擾下穩定運行的可穿戴人機交互系統，具有廣泛的應用前景。例如，康復患者或行動不便人士可通過自然手勢操控輔助機械人，無需依賴精細動作技能；工業工人和救援人員可在高運動強度或危險環境中控制工具與機械人；潛水員及遠端操作員還可在湍流水下指揮機械人作業。此外，該系統也有望提升消費電子設備手勢控制的可靠性。

    最新突破為下一代可穿戴系統的發展鋪平了道路。未來的設備不僅將更輕薄、無線化，還能從複雜環境與用戶習慣中持續學習。

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