脑洞有点大哈,期待硬核回答,

包括但不限于Cyberpunk。


这个取决于机械臂控制器的实现架构与演算法。

简而言之,我们要控制好一个机械臂,大概会有几个模块:

运动规划:告诉机械臂要走一个怎么样的轨迹,几何路径: p(s), 0&<=s&<=1;

轨迹规划:将路径点变成连续的轨迹:p(s(t)), tmin&<=t&<=tmax

电机控制:让电机按照指定动作运动,最终会变成电机的电流指令:I(t)。

其中,轨迹规划包含运动学、动力学计算;电机控制包含位置、速度、电流闭环控制(如果是三环PID)。

如果对性能要求最低,把轨迹规划和电机控制都放在机械臂自己的控制器上,大脑只是要求不停地给机械臂发位置指令,让机械臂运动到目标位置就行。那么带宽要求很低,可能 20ms 发一个位置点就行了(假设机械臂是 7 个关节,那么就是 7 个 double/float),目前很多机械臂义肢就是这样的:

The Robot-Arm Prosthetic Controlled by Thought

看起来动作不太连续,无法精确控制速度,但是可以将就著用。

这种感觉类似第一次打羽毛球的那种笨拙感,大脑知道要怎么做,但是控制不好。

如果对性能要求高一些,我们把轨迹规划这部分放到上位机做,然后实时地下发位置控制指令。这种就类似 ABB 机器人的 [EGM] External Guided Motion

这种对带宽要求会高不少,可能 4ms 左右就需要发送一组关节位置,abb 在实现 EGM 上也使用了 Google ProtoBuf,并采用 UDP 通讯。

Gesture-based control of ABB robots

这种动作看起来会柔顺很多,可以满足绝大多数工业需求了。

这种感觉类似教练抓著你的手打羽毛球,只要教练的力气足够大,基本可以完成任务,但是打起来会很吃力。(对应机器人的话,可能就是能耗高)。

如果我们再进一步,直接在大脑处完成电机控制指令的下发,直接发送机械臂关节力矩或者电流指令。这时候,机械臂上就不再需要控制器了,只需要完成信号的转换/放大发送给电机就行。但是,这种方式对带宽要求最高,可能会到 0.5ms 发送一组关节力矩/电流指令。

这个其实就是很多人提到的驱控一体概念。基本是基于 EtherCAT 通讯协议,不仅需要保证通讯的带宽,也需要保证上位机(大脑)的实时性。

这种方式可以让整个系统的可控制都放在大脑处,只要大脑足够强,理论上可以发挥机械臂最大的性能。你可以在大脑里通过训练不断拟合物理环境动力学模型、优化控制演算法。整个系统存在无限可能。

这种感觉类似你打了一年羽毛球了,你就可以在大脑中计算羽毛球落点,并以最轻松的轨迹挥拍,将球打回对方场地。

话说回来,人体现在就是这种控制方式。大脑直接通过神经元发送电信号给肌肉,直接控制肌肉收缩力量。为了保证带宽与实时性,尽量采用一整条神经元,减少突触部分的影响。

所以,要想控制好机械臂,必须有一个好的控制架构作为基础。只有固枝荣,才可臂使指。


这个问题的点不应该在带宽和延迟这方面。应该是BCI里脑电信号的采集与解码精度这里。路还很长。


这个跟延迟没有关系吧,打比方你玩游戏时手柄有延迟,可能刚开始你会觉得不适应,但过一段时间大脑经过补偿就感觉不到延迟了。现在主要的问题不是延迟,而是机械臂能不能接收和反馈有效的信号。


手臂活动的关节还有精确程度,其实我认为机械完全可以达到并且有过之而无不及。

需要多少数据呢?比如一个关节一个肌肉是一个信息传输点,你的手臂能够活动的地方是有限的,所以其实信息量并没有多大。

但如果你把感觉神经算到里面,那就另当别论了


A类神经(有髓鞘的躯体神经纤维)传导速度39~~90米秒;

B类神经(有髓鞘的植物神经纤维)传导速度5~~15米秒;

C类神经(无髓鞘神经纤维)传导速度0.6~~2米秒。

这是人体控制信号的传递速度, 电信号完胜对吧?

然后就是肌肉相应速度, 这个看功率了, 机械的功率密度远超肌肉, 所以事实上机械臂的反应可以远超肉体.

最后"包括但不限于Cyberpunk" 这是什么鬼? 好好一个问题非要搞得乱七八糟.


大脑不是可以发射脑电波么,为什么用宽频。。


题主可能混淆了「带宽」和「延迟」这个两个概念


推荐阅读:
相关文章