東京大學(xué)、慶應(yīng)義塾大學(xué)和豐橋工業(yè)大學(xué)的研究小組開發(fā)了一種虛擬機器人肢體系統(tǒng)，可以在虛擬環(huán)境中通過用戶的腳作為額外的或多余的肢體進行操作。

訓(xùn)練后，用戶報告感覺虛擬機械臂已成為他們自己身體的一部分。本研究重點關(guān)注參與者的感知變化，了解這些變化有助于設(shè)計人們可以像我們自己的身體一樣自然自由地使用的真實物理機器人多余肢體系統(tǒng)。

VR編外機器人系統(tǒng)。在該系統(tǒng)圖中，虛線表示無線連接，實線表示有線連接。圖片來源：肯新井。

你會用額外的手臂做什么，或者如果像蜘蛛俠的克星章魚博士一樣，你可以多做四個?對額外的或多余的機器人肢體的研究著眼于我們?nèi)绾卧诰裆虾蜕眢w上適應(yīng)，以在我們的身體上增加額外的肢體。

東京大學(xué)先進科學(xué)與技術(shù)研究中心(RCAST)的博士生KenArai對這項研究產(chǎn)生了興趣，以此來探索人類“可塑性”的極限——換句話說，我們的大腦改變和適應(yīng)的能力到外部和內(nèi)部的變化。可塑性的一個例子是我們可以學(xué)習(xí)使用新工具的方式，有時甚至將它們視為我們自己的延伸，被稱為“工具體現(xiàn)”，無論是藝術(shù)家的畫筆還是美發(fā)師的剪刀。

為了在實踐中探索這些概念，東京大學(xué)、慶應(yīng)義塾大學(xué)和豐橋科技大學(xué)的團隊合作創(chuàng)建了一個虛擬機器人肢體系統(tǒng)。然后，他們要求參與者使用他們的虛擬肢體在虛擬現(xiàn)實(VR)中執(zhí)行任務(wù)。

“我們研究了作為多余肢體的虛擬機械臂是否可以被視為自己身體的一部分，以及機械臂周圍的近端空間是否會發(fā)生知覺變化，”Arai說。

參與者佩戴頭戴式顯示器，讓他們以第一人稱視角看到自己在VR中的手臂，以及額外的虛擬機械臂。然后，他們必須只使用虛擬機械臂來執(zhí)行任務(wù)，這些機械臂是通過移動腳趾來控制的。當(dāng)虛擬機械臂接觸到一個物體(如虛擬球)時，觸覺設(shè)備會將感覺從虛擬機械臂傳回腳尖和腳底。

一旦參與者學(xué)會了如何使用虛擬系統(tǒng)，他們報告說感覺虛擬機械臂已經(jīng)成為他們自己的額外手臂，而不僅僅是他們真實手臂或腳的延伸。“在‘??身體所有權(quán)感’、‘代理感’和‘自我定位感’方面，主觀評價的得分在統(tǒng)計學(xué)上顯著提高，這些是體現(xiàn)的重要措施，在這些方面，多余的機器人肢體能夠成為身體的一部分。身體，”荒井說。

該團隊還發(fā)現(xiàn)，參與者的“個人空間”(我們認(rèn)為是我們個人空間的身體周圍區(qū)域)擴展到包括虛擬機械臂周圍的區(qū)域。正如Arai解釋的那樣，“我們成功地捕捉到了額外機器人肢體周圍的視覺觸覺整合的感知變化(周圍空間)與感覺一個人的手臂數(shù)量增加的主觀評價得分變化(額外肢體感覺)之間的正相關(guān)。”

接下來，該團隊希望研究虛擬現(xiàn)實中參與者自己的手臂和虛擬機械臂之間合作行為的潛力。“從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的角度研究這里報道的額外肢體感覺的機制和動力學(xué)對于探索人類可塑性極限和額外機器人肢體系統(tǒng)的設(shè)計非常重要，”Arai說。希望了解在VR中操作一個多余的機器人肢體系統(tǒng)所需的感知變化和認(rèn)知努力，將有助于設(shè)計未來人們可以像自己的身體一樣自然使用的現(xiàn)實生活系統(tǒng)。

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