我長了一條日本制的尾巴：智慧配合身體運動，增強平衡感，把我變成「改造人」| SIGGRAPH

• 2019 年 10 月 31 日
• 筆記

栗子 發自 凹非寺 量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

這條尾巴來自東瀛，是慶應義塾大學的作品。

它自然地搖擺，與人體的動作十分合拍，渾然一體：

你把身子往左歪，尾巴就喜歡朝右擺，把身子向前傾，尾巴便要朝後翹。

那麼問題來了，這有何用？

對於人類祖先丟掉了尾巴這件事，日本的小夥伴一直耿耿於懷：

那麼多脊椎動物，都靠尾巴來保持平衡，人就不行么？

這條中二的機械尾巴，名字叫Arque，使命就是幫助常常跌倒的人們，增強平衡能力，甚至有尾巴而不用手杖。還能讓人有能力搬運更重的物品，而不失去平衡。

這項新研究，入選了電腦圖形學高峰會SIGGRAPH 2019。

來自海馬的啟發

在達爾文的進化論里，人類學會直立行走之後，已經不需要尾巴保持平衡了。於是，這個「多餘」的器官，慢慢被自然選擇淘汰了。

不過，前赴後繼的平地摔選手告訴我們，人體可能還是需要些額外的平衡技巧。

其實，不止平地摔選手。

普通人類在爬高或是搬著重物往前走的時候，也容易失了平衡；另外，年長的人類平衡感可能變弱，比年輕的時候更容易摔倒。

於是，慶應大學的研究人員，想起了被人類拋棄的尾巴。

自然界的尾巴，不用動物主動控制，就能提供足夠的力量用來保持平衡。

那麼，機械尾巴Arque也要有這兩個優點才行：一是知道該向哪邊發力，二是力量充足。

先看第一點，它有一個身體追蹤器 (Body Tracker) ，可以估計當前的姿勢下，人體的重心在哪裡。

如果重心明顯偏移了人體中心的位置，尾巴就要朝偏移的反方向擺過去，避免人類跌倒。

然後，就看第二點了。

為了讓機械尾巴擁有強大的力量，團隊從海馬身上吸取了靈感。

海馬的尾巴，擁有和身體大小不相稱的力，能牢牢地勾住珊瑚或海藻：

並且，它的結構並不複雜。所以，機械尾巴的整體結構，便是模仿海馬的尾巴設計出來了：

框架搭好，就該填充內容了。

一條尾巴，有四塊人造肌肉鑲嵌其中。驅動不同的肌肉，可以生成8個方向的力。

至於怎樣驅動，每塊肌肉都有個氣囊 (Bladder) ，充氣的時候能承受0.8 kpa的壓強。有了它，肌肉便可以自由地伸展和收縮。

不過，想成為與人體和諧共處的器官，尾巴的長度和重量都要支援調整才好。

結構上，關節的數量可增可減，模組化了。

重量上，關節的配重也能選擇，從28克到184克，範圍寬廣：

這樣，每個人都能長出一條適合自己的尾巴了。

團隊溫馨提示，體重的5%，是最適宜機械尾巴運作的品質。比如，一個70公斤的人類，尾巴大概3.5公斤。

原理，就是這樣了。用途，卻不止幫人保持平衡這一種，也可以幫人保持不了平衡嘛：

比如，把它用在沉浸式遊戲裡面。

當遊戲里颳起了強風，尾巴就可以向一邊擺，讓人類體會到失去平衡的感覺。

這樣，就不用被強力風扇吹得受涼了 (誤) 。

改造人，不全是科幻

其實，慶應大學的小夥伴們，對人體的構造表示心有不甘，也不是第一次了。

他們一路都在嘗試，用機械來增強人體原本的功能。

比如，2017年慶應就曾經發表過，用腳控制的一雙機械手，名字叫Metalimbs。

多出了兩隻手，就算原本那雙肉手正飛快地打字，也能騰出手來接電話；

兩隻手抱著大箱子，也還有兩隻手可以開門；

不過，想一邊寫作業一邊打遊戲，大概就要看腦容量了 (誤) 。

不管是章魚手，還是海馬的尾巴，似乎都在通往一個賽博朋克的世界。

在那裡，機械不是穿在身上，是人體的一部分。帶有機械部件的人類，叫改造人 (Cyborg) 。

日本動畫，自1960年代《人造人009》發表到現在，一直對這樣的題材愛不釋手。

比如，攻殼機動隊的隊長素子，是個全身義體化的妹子，只有大腦和脊椎是生物體的殘留。據說由於全身義體化的關係，高度暴露也不會羞恥。

比如，海賊王草帽團的弗蘭奇，身上藏著各式武器，鋼鐵之軀不怕任何子彈大炮，靠可樂驅動：

在這樣絢麗的背景下長大，島國的科研工作者對人體產生再豐富的聯想和期待，也都不足為奇。

不止如此，日本政府已經投入了一筆超過9億美元的資金，用在人工冬眠 (Artificial Hybernation) ，清潔環境垃圾，以及把人類變成改造人的研究上。

一位政府官員，對日經亞洲評論的記者說：會邀請研究人員提出自己的項目，來解決日本老齡化的問題。

比如，用機器來替代會死亡的人體器官，就是其中一個探索的方向。

論文傳送門： https://dl.acm.org/citation.cfm?id=3338573