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(qū)（INRC）的一個項目，該項目由以色列開放大學神經(jīng)-生物擬態(tài)工程實驗室牽頭并與阿林醫(yī)院（ALYN Hospital）協(xié)作完成。通過埃森哲的資金和技術支持、英特爾的神經(jīng)擬態(tài)技術以及Applied Brain Research（ABR）公司的算法，以色列研究團隊將開發(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?。該設備將在以色列最先進的青少年康復中心阿林醫(yī)院——進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，因為它對能耗的要求低，能夠學習并實時適應新情況。通過英特爾、埃森哲與以色列開放大學、阿林醫(yī)院的合作，我們希望為依賴輪椅且行動不便的兒童賦予新的能力，提升病人的生活品質?！?/p>

全世界有超過7500萬人出行需借助輪椅。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說，即使是最基本的動作（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都是最重要的挑戰(zhàn)之一。¹

輔助機器人技術可以彌補這一鴻溝。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%的必要人為護理時間。¹然而，由于能讓機器人手臂實時適應使用者和周圍環(huán)境的部件十分昂貴，這類設備的成本極高，大多數(shù)有需要的人群無法購得。

英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究芯片Loihi擁有實時學習能力，因此有望幫助降低此類設備的開發(fā)和運營成本。研究人員預測，利用Loihi的實時學習能力可以執(zhí)行自適應控制，從而增強機器人手臂的功能性，同時采用性價比高的零部件，可以將成本降低10倍以上。Loihi的高能效的特點可以保障輔助技術在真實場景落地和高效使用。同時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(shù)更少，因此更適合日常使用。

埃森哲技術創(chuàng)新發(fā)展與戰(zhàn)略總監(jiān)、首席研究科學家Edy Liongosari表示：“該研究項目強有力地展示了神經(jīng)擬態(tài)計算對開發(fā)價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放大學的研究人員、阿林醫(yī)院以及英特爾開展合作，貢獻我們的技術和行業(yè)經(jīng)驗，推動這項技術進步，讓它為最有需要的人服務?！?/p>

圖注：機械臂的早期原型，旨在協(xié)助脊髓損傷患者執(zhí)行日常任務。 通過埃森哲的資金和技術支持、英特爾的神經(jīng)擬態(tài)技術以及Applied Brain Research（ABR）公司的算法，以色列研究團隊將開發(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?nbsp;圖片來源：阿林醫(yī)院

關于研究項目：以色列開放大學和阿林醫(yī)院的研究人員已經(jīng)開發(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)絡模型。為此，研究團隊將采用由ABR開發(fā)并提供給本項目的“反復糾錯驅動的自適應控制分層算法（REACH）”作為基礎。根據(jù)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單的機器人手臂以復雜的路徑進行運動，如手寫單詞和數(shù)字。與傳統(tǒng)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)改進后將進入臨床測試及評估階段，其服務對象是阿林醫(yī)院需要使用電動輪椅和患有上肢運動損傷的病人。參與者將使用一個小型的精密操縱桿來控制機器人手臂，研究人員將收集機器人手臂性能相關信息，以對其實用性進行評估。

 “我們相信，基于神經(jīng)擬態(tài)計算開發(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(qū)活動，獲得更高的獨立性，還能擁有新的就業(yè)機會，” 阿林醫(yī)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，有望顛覆這個市場。能與以色列開放大學、英特爾和埃森哲共同引領這次變革，我們感到非常驕傲?！?/p>

埃森哲實驗室和英特爾實驗室的研究人員將利用自身在神經(jīng)擬態(tài)計算和人工智能領域的經(jīng)驗，推動神經(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法為人們帶來福祉，” 以色列開放大學首席項目研究員Elishai Ezra Tsur表示。“有了埃森哲以及英特爾、ABR的支持，我們得以探索在神經(jīng)擬態(tài)硬件上實施自適應控制，以顯著降低的成本滿足人們對協(xié)作性強、對用戶友好、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(jié)。此外，他們還打算探索自適應控制技術在柔性制造和工業(yè)自動化領域的應用情況。

英特爾和埃森哲將繼續(xù)合作，尋找并資助其它有潛力能夠推動該領域發(fā)展的神經(jīng)擬態(tài)研究項目。

圖注：阿林醫(yī)院團隊的一名成員演示如何使用機械臂來協(xié)助脊椎受傷患者執(zhí)行日常任務。 圖片來源：阿林醫(yī)院

關于英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)（INRC）：英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)是一個由全球與英特爾合作推動神經(jīng)擬態(tài)計算發(fā)展、開發(fā)創(chuàng)新人工智能應用程序的學術團體、政府實驗室、研究機構和企業(yè)組成的生態(tài)系統(tǒng)。有興趣加入INRC、為Loihi從事開發(fā)工作的研究人員可訪問 英特爾神經(jīng)擬態(tài)研究社區(qū)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：關于感知運動障礙兒童康復的現(xiàn)有知識與未來趨勢. 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)絡模型". 英國皇家學會論文集B: 生物科學283, no. 1843 (2016): 20162134

³   DeWolf, Travis, Pawel Jaworski, Chris Eliasmith. "Nengo和低能耗人工智能硬件實現(xiàn)強大的嵌入式神經(jīng)機器人". arXiv 預印本arXiv:2007.10227 (2020)