如果多出一雙手，你會做什麼？這個想法聽起來可能笨拙，像是好事過頭。但一項新的研究表明，人們實際上可以適應使用額外的機械臂，就好像這些肢體是他們自己身體的一部分一樣。
幾十年來，科學家們一直在研究當人們操縱工具時，人類大腦是如何運作的。現在人們認為，當你拿起扳手或螺絲刀時，你的大腦會將其解釋為自己手的替代品。當你揮舞一根長棍時，你的個人空間感會擴充套件以適應物體的整個長度，這樣你就不會在轉身時意外地用它 আঘাত到別人。但是，當你新增全新的身體部位，而不是僅僅改變現有身體部位的功能、形狀或大小時，你對自己身體的感知會發生什麼變化呢？
這個問題可能會影響新型機器人裝置和虛擬現實空間的設計。許多機器人專家對構建能夠賦予人類使用額外肢體能力的系統感興趣，並有可能使人們完成需要額外手臂或腿——甚至尾巴的任務。虛擬現實為人們提供了一個機會，讓他們可以嘗試在現實世界中尚不可能的體驗，並扮演可能看起來與他們的控制器（甚至與人類完全不同）的化身。然而，為了實用和可用，任何額外的真實或虛擬身體部位都需要融入其中，就好像它們一直都在那裡一樣。因此，瞭解這是否以及如何成為可能，對於設計現實生活中的賽博格部件和沉浸式影片遊戲至關重要。
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各種實驗試圖確定人類對擁有額外附肢的反應。在這些測試中，研究人員為參與者配備了由橡膠製成的額外手臂、手或手指，然後在觸控真實、有感覺的額外部分的同時觸摸了人造的額外部分。這些實驗表明，人類可以感覺這些額外的或“超numerary”的肢體是他們身體的一部分。但是，人們是否可以有效地使用可控的新肢體組尚未得到充分研究。
這是上個月發表在《科學報告》上的新研究的目標。研究人員將參與者沉浸在一個VR環境中，該環境包括他們自己的化身——帶有額外的一對虛擬機器械臂，就在他們真實的胳膊下方。東京大學的機器人專家和認知科學家，研究合著者 Ken Arai 說，VR 環境對於理解人類如何適應額外的機器人身體部位至關重要。使用現實世界中的一對機械臂進行實驗，其挑戰在於如何使它們在沒有延遲的情況下移動，正如我們的大腦對我們真實的身體部位所期望的那樣。但在 VR 中，從感測器輸入到虛擬手臂可見運動之間的時間延遲較短，這使得體驗更真實。
參與者使用連線到他們腳和腰部的感測器來控制模擬的機械臂。在物理世界中移動小腿會觸發身體那一側的額外手臂在 VR 空間中移動。彎曲腳趾會告訴虛擬手做出抓取動作。在 VR 中操縱手臂的人也能夠感覺到肢體與虛擬物體互動。例如，如果一隻模擬機械手的掌心觸控到 VR 空間中的某個物體，參與者會感覺到身體同一側的腳底受到震動。
一旦連線到 VR 設定，參與者就會投入到協調任務中，使用額外的手臂“觸控”隨機位置出現的球。每次嘗試後，參與者都會對諸如“我感覺虛擬機器人肢體/手臂是我的肢體/手臂”和“我感覺虛擬機器人手臂的運動正在影響我自己的運動”之類的陳述進行評分。當他們多次完成擊球任務後，人們的反應變得更快——他們還報告說，對他們的新手臂感到更多的所有權和控制權。
另一項實驗測試了人們對虛擬觸控做出反應而移動機械臂的速度有多快。在這裡，參與者在看到虛擬物體觸控他們的人造肢體時，感覺到了腳上的震動，他們被指示將機械臂從這些物體上移開。有時，腳上物理震動的位置與虛擬球觸控肢體的位置相匹配——例如，左腳頂部的震動將指示虛擬左手背部的接觸——就像他們在擊球實驗中所做的那樣。但有時，感覺與物體在 VR 中出現的位置不符。當 VR 物體的可見位置與感覺上機器人肢體被觸控的位置一致時，參與者比感覺與物體位置不符時更快地將機器人手臂猛地移開。當在人們的真實肢體上進行相同的實驗時，也觀察到了這種模式。研究人員將此解釋為參與者潛意識的個人空間感擴充套件到包括 VR 中機器人手臂周圍可見區域的跡象。
總的來說，結果表明參與者感覺他們獲得了全新的身體部位——而不僅僅是像新增新工具一樣延長了他們現有的腳。這可能會開啟虛擬和現實可能性的世界。
“在虛擬現實中，我們可以擁有任何形狀或尺寸的化身，”康奈爾大學虛擬化身實驗室的人機互動研究員 Andrea Stevenson Won 說，她沒有參與這項研究。“你可以給自己裝上翅膀，在虛擬空間中飛翔，獲得這種令人欣快的體驗。” 更多地瞭解人們對他們化身額外的身體部位的感受，將有助於研究人員設計這種體驗。“人們可能如何解釋不存在的化身身體，並在某種意義上像對待真實身體一樣對它們做出反應，這是一個有趣的問題，”Won 補充道。
另一方面，Arai 最興奮的是擴充套件人類在物理世界中可能做的事情的潛力。現有的機器人系統可以真正地借給人們額外的一雙手。“也許[來自 VR 系統的]這種知識也可以應用於實際的機器人系統。這種反饋迴圈對於改進超numerary機器人肢體設計非常重要，”他說。“我們想為人類實現不可能的事情。如果我們想新增更多的肢體，那應該是可能的。一切都應該是可能的。”