英特爾與埃森哲共同支持神經擬態研究項目，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擬態研究社區（INRC）的一個項目，該項目由以色列開放大學神經-生物擬態工程實驗室牽頭并與阿林醫院（ALYN Hospital）協作完成。通過埃森哲的資金和技術支持、英特爾的神經擬態技術以及Applied Brain Research（ABR）公司的算法，以色列研究團隊將開發一款安裝在輪椅上的機器人手臂，協助有脊柱損傷的病人完成日常活動。該設備將在以色列最先進的青少年康復中心阿林醫院——進行針對兒科病人的臨床評估和測試。

英特爾神經擬態計算實驗室主任Mike Davies表示：“神經擬態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。”

全世界有超過7500萬人出行需借助輪椅。對于由于神經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境的部件十分昂貴，這類設備的成本極高，大多數有需要的人群無法購得。

英特爾神經擬態研究芯片Loihi擁有實時學習能力，因此有望幫助降低此類設備的開發和運營成本。研究人員預測，利用Loihi的實時學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更少，因此更適合日常使用。

埃森哲技術創新發展與戰略總監、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擬態計算對開發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、阿林醫院以及英特爾開展合作，貢獻我們的技術和行業經驗，推動這項技術進步，讓它為最有需要的人服務。”

圖注：機械臂的早期原型，旨在協助脊髓損傷患者執行日常任務。 通過埃森哲的資金和技術支持、英特爾的神經擬態技術以及Applied Brain Research（ABR）公司的算法，以色列研究團隊將開發一款安裝在輪椅上的機器人手臂，協助有脊柱損傷的病人完成日常活動 圖片來源：阿林醫院

關于研究項目：以色列開放大學和阿林醫院的研究人員已經開發了用于產品測試的機器人手臂；下一步是建立控制手臂的神經網絡模型。為此，研究團隊將采用由ABR開發并提供給本項目的“反復糾錯驅動的自適應控制分層算法（REACH）”作為基礎。根據ABR展示，與神經擬態計算結合的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擬態硬件上，并測試機器人手臂的功能。設備經改進后將進入臨床測試及評估階段，其服務對象是阿林醫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，基于神經擬態計算開發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，獲得更高的獨立性，還能擁有新的就業機會，” 阿林醫院創新部總經理Arie Melamed-Yekel表示。“這款設備成本降低、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。”

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擬態計算和人工智能領域的經驗，推動神經擬態算法的發展，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擬態硬件上實施自適應控制，以顯著降低的成本滿足人們對協作性強、對用戶友好、精準度高的機器人手臂的需求。”

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環節。此外，他們還打算探索自適應控制技術在柔性制造和工業自動化領域的應用情況。

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該領域發展的神經擬態研究項目。

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

關于英特爾神經擬態研究社區（INRC）：英特爾神經擬態研究社區是一個由全球與英特爾合作推動神經擬態計算發展、開發創新人工智能應用程序的學術團體、政府實驗室、研究機構和企業組成的生態系統。有興趣加入INRC、為Loihi從事開發工作的研究人員可訪問 英特爾神經擬態研究社區網站 。在網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網絡模型". 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強大的嵌入式神經機器人". arXiv 預印本arXiv:2007.10227 (2020)