可远程实时控制上万人动作 东大“神手”写就科学神话（中国江苏网）
可远程实时控制上万人动作 东大“神手”写就科学神话
nd.fjsen.com2012-08-24 10:29 来源：中国江苏网
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上图为“无线微电子肌电桥”装置的实物照片：(左)控制手套、无线发射机的模块和肌电信号采集电极，(右)无线接收机和功能电激励电极。
借助“微电子神经桥”，可以让一个人五指动作控制另一个人五指弹琴。
中国江苏网8月23日讯(通讯员许启彬记者陈晓春)通过脑后的触角，潘多拉星球上的纳美人就可以和胯下的“蝠鲼(读音：fú fèn )兽”心灵感应——科幻影片《阿凡达》中的场景给人留下了深刻印象。东南大学的专家们更厉害，不借助触角，就可以让一个人五指动作控制另一个人五指弹琴，甚至可以使一个人实时控制本地和远在千万里外的成千上万人的动作。 今天，第八届中国研究生电子设计竞赛决赛在东南大学举行。该竞赛是研究生电子设计和科技创新的舞台，各个参赛队新奇的创意作品竞相绽放风采。其中，东南大学的参赛作品、被称作“神手”的“无线微电子肌电桥”，便是众多作品中的一大亮点。该作品由东南大学射频与光电集成电路研究所所长王志功教授、生物电子学国家重点实验室副主任吕晓迎教授联合指导的三人团队设计创作，主要基于2010年由共同指导的研究团队所获得的研究成果——“无线微电子神经桥”。当时“微电子神经桥”曾在世界上首次实现了北京和南京两只蟾蜍千里之外的互感互动，此次参赛作品又研制出带有控制手指动作传感器和无线发射机的新型装置，实现了一个人五指动作控制另一个人五指弹琴的神奇效果。 记者在展示现场看到，两位演示的大学生作为动作的“发生方”和“接收方”，他们的手臂均已经被连上了“微电子神经桥”的发射端和接收端。“发生方”的发射端是一副黑色控制手套以及绑在手臂上的无线发射机的模块和肌电信号采集电极，他发出指令后，一台无线接收机接到并通过功能电激励电极转发给“接收方”。处于放松状态并蒙上眼睛的“接收方”，立即在电子琴上做出相应动作。 |
据了解，作品“无线微电子肌电桥”的创新之处在于，全面利用传感、通信和生物控制的理论与技术，实现手指动作的随意控制，比去年年底被美国《时代》周刊评为“当今最棒的50项发明之一”的日本“魔手”理论和技术上都技高一筹。
“魔手”由东京大学历本纯一研究室发明，旨在帮助人们学习乐器。使用时，将带有电极的绷带绑在前臂上，绷带内28个电极块发射电脉冲信号刺激前臂肌肉，控制所有指关节何时动作及如何动作。这意味着不必接收大脑发送的指令，手部便可以受计算机编码控制动作。对于想要学习乐器的人来说，这项发明可谓是“神器”。因此，这一发明被2011年11月出版的美国《时代》杂志评选为当今最棒的50项发明之一，名列第9位。该杂志当时介绍该发明的文字描述是：“作为东京大学和索尼计算机科学实验室联合开展的项目，‘魔手’是一种由28个电极片构成的臂环，它可以向佩戴者的关节和肌肉发送电流，让手指不由自主地产生精确的动作。从本质上讲，它控制了手。理论上说，它可以让人弹吉他、打字，或者做任何它想让人做的事情。”但“魔手”从原理上仍是一个计算机控制系统，即使是最终实现了弹吉他，手指的动作即演奏出的乐曲也仅仅是由计算机编码决定的。因此，英国开放大学电脑音乐系主任西蒙霍兰德对此给出的评价是，“你可能学会指法，能够演奏出乐曲，但只要发生一点小变化，你就无能为力”。
相比“魔手”，东大“神手”装置可以为学习乐曲演奏的人提供一种更为灵活的学习方式。吕晓迎教授向记者描述了这样的美好场景：老师教授钢琴演奏时，可以佩戴控制手套，控制学生的手在钢琴上弹出优美的旋律。可以设想，如果让著名钢琴演奏家郎朗佩戴控制手套，可以在千万里外同时带动上千名琴童在各地练习钢琴，那是多么神奇的事。该装置也可以用于其他手艺的师傅带徒弟，比如教练教跳水运动员做720度翻转，科学家在地球上远程操控太空站里的机器人拧螺丝等等。
此外，偏瘫病人也可以通过该装置用自己的健手控制自己的瘫手，从而实现偏瘫病人精细动作的双侧自主康复训练，以提高康复训练的效果和丧失的肢体功能重建。据了解，我国目前至少有2400多万肢残人，占残疾人总数的30%以上，其中多为脊椎神经阻断致瘫痪。因此，该设计作品将具有非常广阔的应用前景。
据介绍，“无线微电子肌电桥”主要由3个模块组成，分别是带有应力传感器的控制手套、固定在绷带上装有肌电信号采集装置和无线发射机的模块和无线接收机与信号处理模块。应用时，发射端接肌电信号探测电极，接收端接功能电激励电极。
“无线微电子肌电桥”所利用的原理是：利用探测电极可以得到人体与控制神经信号对应的肌电信号，利用控制手套上传感器的可以给出的动作手指的识别信号，将受手指识别信号门控的肌电信号通过发射机发送到接收机，通过微处理器电路以及功能激励电路，以电脉冲信号激励另一只手所对应的前臂神经肌肉接头，从而控制对应的手指产生动作。由于对第二个人手指动作的控制信号是第一个人的大脑发出的，因此，这一发明装置实现的是由第一个人大脑发出、经由他的手指体现、再转移到第二个人的一种随意控制。控制的思想和手指动作的技巧都取决于第一个人。此外，由于采用了无线通信技术，可以使一人实时控制本地和远程成千上万人的动作成为现实。
王志功教授说，“无线微电子肌电桥”已申请10多项中国和国际发明专利，并列入“南京创业人才321计划”，不久的将来就可以实现应用。
