我长了一条日本制的尾巴：智能配合身体运动，增强平衡感，把我变成“改造人”| SIGGRAPH

栗子 发自 凹非寺 
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

△ 来自《小林家的妹抖龙》

“我头上没有鸡脚，但我身后有尾巴。”

这条尾巴来自东瀛，是庆应义塾大学的作品。

它自然地摇摆，与人体的动作十分合拍，浑然一体：

你把身子往左歪，尾巴就喜欢朝右摆，把身子向前倾，尾巴便要朝后翘。

那么问题来了，这有何用？

对于人类祖先丢掉了尾巴这件事，日本的小伙伴一直耿耿于怀：

那么多脊椎动物，都靠尾巴来保持平衡，人就不行么？

这条中二的机械尾巴，名字叫Arque，使命就是帮助常常跌倒的人们，增强平衡能力，甚至有尾巴而不用手杖。还能让人有能力搬运更重的物品，而不失去平衡。

这项新研究，入选了计算机图形学顶会SIGGRAPH 2019。

来自海马的启发

在达尔文的进化论里，人类学会直立行走之后，已经不需要尾巴保持平衡了。于是，这个“多余”的器官，慢慢被自然选择淘汰了。

不过，前赴后继的平地摔选手告诉我们，人体可能还是需要些额外的平衡技巧。

其实，不止平地摔选手。

普通人类在爬高或是搬着重物往前走的时候，也容易失了平衡；另外，年长的人类平衡感可能变弱，比年轻的时候更容易摔倒。

于是，庆应大学的研究人员，想起了被人类抛弃的尾巴。

自然界的尾巴，不用动物主动控制，就能提供足够的力量用来保持平衡。

那么，机械尾巴Arque也要有这两个优点才行：一是知道该向哪边发力，二是力量充足。

先看第一点，它有一个身体追踪器 (Body Tracker) ，可以估计当前的姿势下，人体的重心在哪里。

如果重心明显偏移了人体中心的位置，尾巴就要朝偏移的反方向摆过去，避免人类跌倒。

然后，就看第二点了。

为了让机械尾巴拥有强大的力量，团队从海马身上吸取了灵感。

海马的尾巴，拥有和身体大小不相称的力，能牢牢地勾住珊瑚或海藻：

并且，它的结构并不复杂。所以，机械尾巴的整体结构，便是模仿海马的尾巴设计出来了：

框架搭好，就该填充内容了。

一条尾巴，有四块人造肌肉镶嵌其中。驱动不同的肌肉，可以生成8个方向的力。

至于怎样驱动，每块肌肉都有个气囊 (Bladder) ，充气的时候能承受0.8 kpa的压强。有了它，肌肉便可以自由地伸展和收缩。

不过，想成为与人体和谐共处的器官，尾巴的长度和重量都要支持调整才好。

结构上，关节的数量可增可减，模块化了。

重量上，关节的配重也能选择，从28克到184克，范围宽广：

这样，每个人都能长出一条适合自己的尾巴了。

团队温馨提示，体重的5%，是最适宜机械尾巴运作的质量。比如，一个70公斤的人类，尾巴大概3.5公斤。

原理，就是这样了。用途，却不止帮人保持平衡这一种，也可以帮人保持不了平衡嘛：

比如，把它用在沉浸式游戏里面。

当游戏里刮起了强风，尾巴就可以向一边摆，让人类体会到失去平衡的感觉。

这样，就不用被强力风扇吹得受凉了 (误) 。

改造人，不全是科幻

其实，庆应大学的小伙伴们，对人体的构造表示心有不甘，也不是第一次了。

他们一路都在尝试，用机械来增强人体原本的功能。

比如，2017年庆应就曾经发表过，用脚控制的一双机械手，名字叫Metalimbs。

多出了两只手，就算原本那双肉手正飞快地打字，也能腾出手来接电话；

两只手抱着大箱子，也还有两只手可以开门；

不过，想一边写作业一边打游戏，大概就要看脑容量了 (误) 。

不管是章鱼手，还是海马的尾巴，似乎都在通往一个赛博朋克的世界。

在那里，机械不是穿在身上，是人体的一部分。带有机械部件的人类，叫改造人 (Cyborg) 。

日本动画，自1960年代《人造人009》发表到现在，一直对这样的题材爱不释手。

比如，攻壳机动队的队长素子，是个全身义体化的妹子，只有大脑和脊椎是生物体的残留。据说由于全身义体化的关系，高度暴露也不会羞耻。

比如，海贼王草帽团的弗兰奇，身上藏着各式武器，钢铁之躯不怕任何子弹大炮，靠可乐驱动：

在这样绚丽的背景下长大，岛国的科研工作者对人体产生再丰富的联想和期待，也都不足为奇。

不止如此，日本政府已经投入了一笔超过9亿美元的资金，用在人工冬眠 (Artificial Hybernation) ，清洁环境垃圾，以及把人类变成改造人的研究上。

一位政府官员，对日经亚洲评论的记者说：会邀请研究人员提出自己的项目，来解决日本老龄化的问题。

比如，用机器来替代会死亡的人体器官，就是其中一个探索的方向。

论文传送门：
https://dl.acm.org/citation.cfm?id=3338573

— 完 —

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