英特爾與埃森哲共同支持神經(jīng)擬態(tài)研究項目，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（INRC）的一個(gè)項目，該項目由以色列開(kāi)放大學(xué)神經(jīng)-生物擬態(tài)工程實(shí)驗室牽頭并與阿林醫院（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，以色列研究團隊將開(kāi)發(fā)一款安裝在輪椅上的機器人手臂，協(xié)助有脊柱損傷的病人完成日?；顒?dòng)。該設備將在以色列最先進(jìn)的青少年康復中心阿林醫院——進(jìn)行針對兒科病人的臨床評估和測試。

英特爾神經(jīng)擬態(tài)計算實(shí)驗室主任Mike Davies表示：“神經(jīng)擬態(tài)計算很適合用于輔助技術(shù)，因為它對能耗的要求低，能夠學(xué)習并實(shí)時(shí)適應新情況。通過(guò)英特爾、埃森哲與以色列開(kāi)放大學(xué)、阿林醫院的合作，我們希望為依賴(lài)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。對于由于神經(jīng)肌肉或脊髓損傷而導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。對于這樣的病人，拿取并精準操控物體的能力一直以來(lái)都是最重要的挑戰之一。¹

輔助機器人技術(shù)可以彌補這一鴻溝。研究表明，安裝在輪椅上的機器人手臂能增強使用者的獨立感，這些輔助工具最多可以減少41%的必要人為護理時(shí)間。¹然而，由于能讓機器人手臂實(shí)時(shí)適應使用者和周?chē)h(huán)境的部件十分昂貴，這類(lèi)設備的成本極高，大多數有需要的人群無(wú)法購得。

英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究芯片Loihi擁有實(shí)時(shí)學(xué)習能力，因此有望幫助降低此類(lèi)設備的開(kāi)發(fā)和運營(yíng)成本。研究人員預測，利用Loihi的實(shí)時(shí)學(xué)習能力可以執行自適應控制，從而增強機器人手臂的功能性，同時(shí)采用性?xún)r(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的能效最高能達到通用芯片的1000倍，采用Loihi芯片的設備所需充電次數更少，因此更適合日常使用。

埃森哲技術(shù)創(chuàng )新發(fā)展與戰略總監、首席研究科學(xué)家Edy Liongosari表示：“該研究項目強有力地展示了神經(jīng)擬態(tài)計算對開(kāi)發(fā)價(jià)格合理的智能輔助設備的重要性。為殘障人士（尤其是年幼的兒科病人）提供這些設備，將對他們的獨立性產(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、阿林醫院以及英特爾開(kāi)展合作，貢獻我們的技術(shù)和行業(yè)經(jīng)驗，推動(dòng)這項技術(shù)進(jìn)步，讓它為最有需要的人服務(wù)?！?/p>

圖注：機械臂的早期原型，旨在協(xié)助脊髓損傷患者執行日常任務(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，以色列研究團隊將開(kāi)發(fā)一款安裝在輪椅上的機器人手臂，協(xié)助有脊柱損傷的病人完成日?；顒?dòng) 圖片來(lái)源：阿林醫院

關(guān)于研究項目：以色列開(kāi)放大學(xué)和阿林醫院的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于產(chǎn)品測試的機器人手臂；下一步是建立控制手臂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型。為此，研究團隊將采用由ABR開(kāi)發(fā)并提供給本項目的“反復糾錯驅動(dòng)的自適應控制分層算法（REACH）”作為基礎。根據ABR展示，與神經(jīng)擬態(tài)計算結合的REACH模型可以讓設計較為簡(jiǎn)單的機器人手臂以復雜的路徑進(jìn)行運動(dòng)，如手寫(xiě)單詞和數字。與傳統控制模式相比，這一模式的錯誤率更低，在能效上也有大幅改善。^{2, 3}

算法的工作完成后，研究團隊將把新模型部署到英特爾的神經(jīng)擬態(tài)硬件上，并測試機器人手臂的功能。設備經(jīng)改進(jìn)后將進(jìn)入臨床測試及評估階段，其服務(wù)對象是阿林醫院需要使用電動(dòng)輪椅和患有上肢運動(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)控制機器人手臂，研究人員將收集機器人手臂性能相關(guān)信息，以對其實(shí)用性進(jìn)行評估。

 “我們相信，基于神經(jīng)擬態(tài)計算開(kāi)發(fā)的機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活動(dòng)，獲得更高的獨立性，還能擁有新的就業(yè)機會(huì )，” 阿林醫院創(chuàng )新部總經(jīng)理Arie Melamed-Yekel表示?！斑@款設備成本降低、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?！?/p>

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

 “受限于高成本和高能耗，機器人手臂目前還無(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)施自適應控制，以顯著(zhù)降低的成本滿(mǎn)足人們對協(xié)作性強、對用戶(hù)友好、精準度高的機器人手臂的需求?！?/p>

如果該項目獲得成功，研究團隊計劃探索這款輔助機器人手臂的生產(chǎn)環(huán)節。此外，他們還打算探索自適應控制技術(shù)在柔性制造和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應用情況。

英特爾和埃森哲將繼續合作，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)研究項目。

圖注：阿林醫院團隊的一名成員演示如何使用機械臂來(lái)協(xié)助脊椎受傷患者執行日常任務(wù)。 圖片來(lái)源：阿林醫院

關(guān)于英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區（INRC）：英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區是一個(gè)由全球與英特爾合作推動(dòng)神經(jīng)擬態(tài)計算發(fā)展、開(kāi)發(fā)創(chuàng )新人工智能應用程序的學(xué)術(shù)團體、政府實(shí)驗室、研究機構和企業(yè)組成的生態(tài)系統。有興趣加入INRC、為L(cháng)oihi從事開(kāi)發(fā)工作的研究人員可訪(fǎng)問(wèn) 英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區網(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). 兒童機器人輔助康復：關(guān)于感知運動(dòng)障礙兒童康復的現有知識與未來(lái)趨勢. NeuroRehabilitation 41, no. 1: 69-76.

²   DeWolf, Travis, Terrence C. Stewart, Jean-Jacques Slotine, Chris Eliasmith. "一種自適應機械臂控制的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型". 英國皇家學(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)現強大的嵌入式神經(jīng)機器人". arXiv 預印本arXiv:2007.10227 (2020)