MYO與表面肌電圖的今生前世：從航天飛船里走出的個(gè)人設備

MYO這款神奇的腕帶通過(guò)檢測用戶(hù)運動(dòng)時(shí)胳膊上肌肉產(chǎn)生的生物電變化，配合手臂的物理動(dòng)作監控來(lái)做人機交互。戴上腕帶，你就可以像絕地武士一樣控制移動(dòng)設備了。MYO 設置了一個(gè)特定的動(dòng)作來(lái)啟動(dòng)設備，就像 Google Glass 的“OK，Glass”一樣，而且這一動(dòng)作正常人平時(shí)是不怎么做的。MYO 利用藍牙 4.0 來(lái)連接到智能設備，現在支持 Mac OS 和 Windows，未來(lái)將會(huì )推出適配 iOS 和 Android 的 API，供開(kāi)發(fā)者進(jìn)一步鼓搗出各種好玩的東西。

去年 2 月 26 日起接受預定一直到今天，絡(luò )繹不絕的訂單讓推出這款產(chǎn)品的 Thalmic Labs 賺得盆滿(mǎn)缽滿(mǎn)。只是距離當初公布的發(fā)售日期已經(jīng)過(guò)去了一個(gè)月的時(shí)間，再加上開(kāi)發(fā)人員有意無(wú)意地透露將嚴格注意產(chǎn)品質(zhì)量，這款被很多人視為 2013 年最有創(chuàng )意的體感控制設備似乎還得繼續跳票下去。

很多人都在驚嘆于 MYO 的創(chuàng )意，網(wǎng)上隨處可見(jiàn)的充滿(mǎn)科幻感的宣傳視頻和滿(mǎn)是贊美的評論。只不過(guò)，MYO 真的有想象中那么出色？今天我們就來(lái)好好剖析一下這款產(chǎn)品，看看他的過(guò)去、現在和未來(lái)。

想要理解 MYO 是如何工作的，就要先知道 EMG（electromyography），也被稱(chēng)為肌電圖。一般是應用電子學(xué)儀器記錄肌肉靜止或收縮時(shí)的電活動(dòng)，從而了解肌肉組織神經(jīng)組織的功能狀態(tài)。

從上世紀 70 年代起科研人員就在這個(gè)領(lǐng)域展開(kāi)了研究，但大多是醫學(xué)相關(guān)的，并需要將探針插入皮膚內檢測肌肉的相關(guān)電活動(dòng)。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展出現了 sEMG（surface electromyography）——表面肌電圖。只需要有接觸皮膚的電極即可完成相關(guān)的信號收集。通過(guò)從肌肉表面引導和記錄到的肌肉活動(dòng)時(shí)神經(jīng)肌肉系統生物電變化的一維時(shí)間序列信號，在一定程度上能夠反映運動(dòng)單位的活動(dòng)模式和肌肉功能的狀態(tài)。這也正是 MYO 的原理。

對生物醫療領(lǐng)域有所涉獵的朋友們一定會(huì )知道 sEMG 從上世紀 90 年代起就開(kāi)始了飛速的發(fā)展。到了 2000 年左右，研究已經(jīng)非常成熟，自然不可能一直等到 2013 年才有人將其產(chǎn)品化。事實(shí)上早在 2003 年就已經(jīng)有了基于 sEMG 的可操控設備面世了，只不過(guò)在那個(gè)時(shí)候應用領(lǐng)域還非常狹窄，以至于大多數的人都不知道他的存在。

因為最早使用 sEMG 來(lái)進(jìn)行操控的領(lǐng)域是航天航空領(lǐng)域，而剛剛所提到的產(chǎn)品也不過(guò)是只有少數幾個(gè)宇航員才能夠使用到的高精尖設備，【簡(jiǎn)介略微有些標題黨了 XD】。因為穿著(zhù)厚重的宇航服，所以宇航員們在一些數據輸入的時(shí)候非常不便捷。而 sEMG 技術(shù)可以很好地捕捉宇航員想要實(shí)現的操作，再通過(guò)信號的傳輸直接由終端進(jìn)行處理。

雖然很奇怪這個(gè)技術(shù)的民用化為何一直到現在才有所動(dòng)作，仔細想想倒也理所應當。2003 年的時(shí)候智能手機還未普及，筆記本電腦更是高帥富的代名詞，硬件還不是白菜價(jià)，甚至連微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生都能找到薪水不錯的工作……這樣的可操控設備幾乎沒(méi)有實(shí)際的使用價(jià)值，在民用市場(chǎng)不被重視也是自然而然的事情了。

接下來(lái)，就讓我們跟著(zhù)NASA公布的方法一起來(lái)看看，實(shí)現一個(gè) MYO 究竟需要哪些步驟。
第一步是要對于手勢的種類(lèi)進(jìn)行選擇。只是 MYO 內還內置了陀螺儀等器件，對于動(dòng)作的捕捉就暫時(shí)先撇開(kāi)不談，主要來(lái)關(guān)注一下手勢了選擇。關(guān)于 MYO 的報道提到他可以識別約 20 種操控，除開(kāi)其中一部分是和手臂動(dòng)作結合之外，在手勢方面的要求并不算很多。

這些是目前在實(shí)驗室階段測試分辨率比較高的一些手勢。雖然種類(lèi)很多，可有一些非常的怪異，在平時(shí)生活中也幾乎不會(huì )有人去做這樣的動(dòng)作。作為使用者的我們，想要通過(guò) MYO 來(lái)隨心所欲地操控電子產(chǎn)品還是天方夜譚，事實(shí)上我們只能根據一系列編碼好的“語(yǔ)言”，通過(guò)手部動(dòng)作的變換來(lái)進(jìn)行操控。換句話(huà)說(shuō)就是將鍵盤(pán)輸入、語(yǔ)音輸入的內容通過(guò)動(dòng)作表達出來(lái)讓機器進(jìn)行識別。

第二步是確定電極使用的數量和位置。測量的電極越多，能夠得到數據的信號通道也就越多，而得到的數據量越多對于信號的分析就越準確，這從直觀(guān)上很容易理解。從 MYO 目前給出的樣品演示視頻來(lái)看，產(chǎn)品所包含的電極數量還是要遠遠大于目前實(shí)驗室階段的數量。在國內就有一些非常出色的科研團隊，只需要兩片電極就可以做出精確的手勢識別。不過(guò)也必須注意到，MYO 的手環(huán)是可以戴在手臂的任意位置，而在實(shí)驗室的研究中電極位置都是確定的，所以對于 MYO 來(lái)說(shuō)，想要準確識別信號還是有很大的挑戰。

第三步是信號的采集、過(guò)濾、數字化，將模擬信號轉化為數字信號再數字化，為之后的匹配做好準備。

那么接下來(lái)最重要的，就是模式識別模型的訓練以及實(shí)際交互仿真中的應用了。由于我個(gè)人背景知識的薄弱，所以對算法什么的都不是很了解呢 O,O 也不知道怎么對于 MYO 在這個(gè)部分的工作有所判斷。在 Thalmic Labs 釋出的視頻里，實(shí)驗的部分幾乎都是這一塊的內容，似乎他們對于這一塊的內容還是很有信心的。

誠然，手勢識別輸入還存在一定的缺陷，但是和攝像頭的識別輸入相比，這樣的方法對于光線(xiàn)、地點(diǎn)、距離的要求都不高，在一些特殊的環(huán)境下有著(zhù)很好的發(fā)展潛力。不過(guò)從本質(zhì)上來(lái)看，還是通過(guò)一套規定好的動(dòng)作編碼來(lái)進(jìn)行輸入，可能在操控體驗上沒(méi)有想象中那么出色。類(lèi)似于宣傳視頻里所展示的那些功能，也還需要第三方的產(chǎn)品在功能上提供支持。盡管接受到了上萬(wàn)份的訂單，產(chǎn)品還未上市就收入上百萬(wàn)，但如果還想取得更大的成功，Thalmic Labs 還有很多路要走。但不得不承認，他們確實(shí)找到了一個(gè)好的突破口，從眾多創(chuàng )業(yè)團隊中脫穎而出。

其實(shí)在 sEMG 識別技術(shù)方面，國內也有一些實(shí)驗室在這個(gè)領(lǐng)域做得非常出色，上面我們給出的圖示都是中科大的團隊在2007年就得到的研究結果。然而很遺憾的是，盡管?chē)鴥群茉缇陀辛顺錾目蒲谐晒?，可依舊沒(méi)有創(chuàng )業(yè)團隊去關(guān)注和將其產(chǎn)品化。

可穿戴設備近年來(lái)的發(fā)展非常迅速，而國內創(chuàng )業(yè)公司所推出的一些產(chǎn)品還是跟隨著(zhù)國外的腳步，試圖在服務(wù)上而不是概念上獲得認可。事實(shí)上這兩點(diǎn)都很重要，我們既需要在服務(wù)端提供良好的服務(wù)，也需要一些領(lǐng)先世界的產(chǎn)品。

如果有多一些的創(chuàng )業(yè)者們關(guān)注學(xué)術(shù)界的動(dòng)態(tài)，關(guān)注實(shí)驗室里最新出現的那些新奇好玩的設備。說(shuō)不定下一個(gè) MYO 就是從中國誕生的呢~