人类的新能力：剑桥科学家开发“第三拇指”

在科幻小说中，人类常常被描绘成拥有超越自然的能力。现在，剑桥大学的研究人员们正在将这种想象变为现实。他们开发了一种可控的假肢“第三拇指”，人们可以迅速学会使用它来抓取和操纵物体。这一创新不仅增强了人类的手动灵活性，还可能重新定义我们对“能力”的理解。

在皇家学会夏季科学展览会上的测试表明，这款设备适用于广泛的人口群体，98%的参与者在一分钟内成功使用了它。这项研究强调了包容性设计在技术中的重要性，确保所有用户，包括边缘化群体，都能从技术中受益。

"第三拇指"是一种机器人假肢，人们可以迅速掌握并有效使用它来抓握和处理物体。研究团队对不同背景的参与者进行了测试，这对于确保新技术的包容性至关重要。

未来技术的一个新兴领域是运动增强——使用电动可穿戴设备，如外骨骼或额外的机器人肢体，来推动我们的运动能力超越当前的生物学限制。这些设备不仅可以改善健康人士的生活质量，提高他们的生产力，还可以为残疾人提供与环境互动的新方式。

剑桥大学医学研究委员会（MRC）认知和大脑科学单位的Tamar Makin教授说：“技术正在改变我们对‘人类’的定义，机器越来越多地成为我们日常生活的一部分，甚至成为我们的思想和身体的一部分。”

Makin教授的实验室中的合作者Dani Clode开发了“第三拇指”，这是一种额外的机器人拇指，旨在增加佩戴者的运动范围，增强他们的抓握能力，并扩大手的携带能力。这使用户能够完成一些用一只手可能具有挑战性或不可能完成的任务，或者在不需要与他人协调的情况下执行复杂的多手任务。

"第三拇指"戴在手掌的对面，由每个大脚趾或脚下的压力传感器控制。右脚的压力使拇指横跨手掌，而左脚的压力使拇指向上朝手指移动。拇指的移动范围与施加的压力成正比，释放压力会使其回到原始位置。

在2022年的年度皇家学会夏季科学展览会上，团队有机会测试“第三拇指”，不同年龄的公众成员在不同任务中使用了该设备。研究结果发表在《科学机器人学》杂志上。

在为期五天的测试中，团队测试了596名参与者，年龄从3岁到96岁不等，来自广泛的人口统计背景。其中，只有四人无法使用“第三拇指”，原因可能是它无法牢固地固定在他们的手上，或者他们无法用脚控制它。

参与者有最多一分钟的时间熟悉设备，在此期间，团队解释了如何执行两项任务中的一项。第一项任务是用“第三拇指”从钉板上一次拿起一个钉子，然后将其放入篮子中。参与者被要求在60秒内尽可能多地移动钉子。333名参与者完成了这项任务。

第二项任务是使用“第三拇指”和佩戴者的生物手一起操纵和移动五到六个不同的泡沫物体。这些物体形状各异，需要不同的操作方法，增加了任务的灵活性。同样，参与者被要求在最多60秒内尽可能多地将物体移动到篮子中。246名参与者完成了这项任务。

几乎所有人都能立即使用该设备。98%的参与者在第一次使用的第一分钟内就能成功地使用“第三拇指”操纵物体，只有13名参与者无法完成任务。

在不同人群中的性能洞察显示，参与者的能力水平各不相同，但性别之间没有性能差异，惯用手也没有改变性能——尽管拇指总是戴在右手上。没有明确的证据表明那些可能被认为是“手巧”的人——例如，他们正在学习演奏乐器，或者他们的工作涉及手的灵活性——在任务上表现得更好。

老年和年轻成年人在使用这项新技术时具有相似的能力水平，尽管仅在老年人年龄范围内的进一步调查揭示了随着年龄的增长性能下降的趋势。研究人员表示，这种效应可能是由于与衰老相关的感官运动和认知能力的普遍退化，也可能反映了与技术的代际关系。

儿童的性能普遍较差。在13名无法完成任务的参与者中，有6名年龄在10岁以下，而在完成任务的参与者中，最年幼的儿童比年龄较大的儿童表现更差。但即使是年龄较大的儿童（12-16岁）也比年轻成年人更加困难。

Dani说：“增强是关于与技术设计一种新的关系——创造一些东西，它超越了仅仅是一个工具，成为身体本身的延伸。鉴于身体的多样性，使穿戴技术的设计阶段尽可能包容至关重要。同样重要的是，这些设备对广泛的用户来说必须是易于访问和使用的，并且人们可以轻松快速地学习和使用。”

同样来自MRC认知和大脑科学单位的共同作者Lucy Dowdall补充说：“如果运动增强——乃至更广泛的人类-机器交互——要成功，它们需要与用户的运动和认知能力无缝集成。我们需要考虑不同的年龄、性别、体重、生活方式、残疾——以及人们对文化、经济背景，甚至对技术的喜好或不喜欢。对大型和多样化的个体群体进行物理测试对于实现这一目标至关重要。”

有无数的例子表明，缺乏包容性设计考虑会导致技术失败：

- 自动语音识别系统将口语转换为文本，已被证明在听白人声音比黑人声音表现得更好。

- 一些增强现实技术被发现对肤色较深的用户效果较差。

- 由于汽车座椅和安全带主要设计用于在碰撞测试期间适应“平均”男性假人，女性面临更高的车祸健康风险。

- 为右手优势使用或握把设计的危险性电源和工业工具，在左撇子被迫使用他们的非优势手操作时导致更多事故。

剑桥大学研究人员的这项研究不仅展示了一种创新的可穿戴技术，还强调了在设计过程中考虑包容性的重要性。随着“第三拇指”这样的设备的开发，我们正在迈向一个人类能力得到增强的新时代，这不仅有助于提高健康人士的生产力，还能帮助残疾人更好地与环境互动。

现在，我们邀请您加入到这一话题的讨论中来：您认为“第三拇指”将如何影响我们的日常生活？这项技术的发展对社会有哪些潜在的好处和挑战？欢迎在评论区分享您的想法。

参考资料：DOI： 10.1126/scirobotics.adk5183