Cánh tay robot đã được điều khiển bằng suy nghĩ trong phòng lab: Thử nghiệm mới đưa cả xúc giác về nhà

Những cánh tay robot có thể nhận lệnh từ hệ thần kinh và trả lại cảm giác chạm đã xuất hiện trong phòng thí nghiệm nhiều năm. Bài kiểm tra khó hơn bắt đầu khi kỹ sư và bác sĩ không còn đứng cạnh người dùng: thiết bị có đủ ổn định, trực quan và hữu ích để được mang về nhà, dùng để mở lọ, cầm quân cờ hay chuẩn bị một bữa ăn bình thường hay không?

University of Utah vừa bước vào giai đoạn đó với LUKE Arm. Alexander “Avi” Davidson, người mất cẳng tay trái từ 17 năm trước, trở thành người tham gia đầu tiên trong chương trình của trường được mang hệ neuroprosthesis này về nhà và sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày. Thử nghiệm dự kiến kéo dài một năm, với khả năng gia hạn.

Hệ thống kết hợp cánh tay robot đa khớp LUKE Arm của DEKA với giao diện thần kinh trực tiếp do University of Utah phát triển và hiện được startup Biologic Input Output Systems (BIOS) thương mại hóa dưới tên BIOS Controller. Nó hoạt động theo hai chiều: tín hiệu vận động từ cơ và dây thần kinh còn lại được dùng để điều khiển cánh tay, trong khi cảm biến trên bàn tay robot tạo tín hiệu kích thích trở lại dây thần kinh cảm giác để người dùng cảm nhận được tiếp xúc.

“Điều khiển bằng suy nghĩ” ở đây thực sự đọc tín hiệu nào?

Cụm “thought-controlled” dễ khiến người đọc hình dung một chip đặt trong não đang giải mã suy nghĩ. LUKE Arm của Utah không hoạt động theo cách đó.

Trong thử nghiệm hiện tại, người tham gia có các Utah Slanted Electrode Arrays (USEA) được cấy vào dây thần kinh ngoại biên ở phần tay còn lại, cùng các điện cực ghi điện cơ trong cơ. Khi người dùng có ý định co hoặc điều khiển bàn tay đã mất, hệ thần kinh và các cơ còn lại vẫn tạo ra những mẫu tín hiệu điện. Bộ điều khiển ghi các tín hiệu đó, giải mã ý định vận động rồi chuyển thành lệnh cho các khớp của bàn tay và cổ tay robot.

Đây là lý do “điều khiển bằng suy nghĩ” là cách mô tả dễ hiểu nhưng chưa thật chính xác nếu hiểu theo nghĩa đọc nội dung suy nghĩ từ não. Hệ thống đang khai thác đường truyền vận động còn tồn tại trong hệ thần kinh ngoại biên và tín hiệu cơ, rồi dùng thuật toán để ánh xạ chúng sang chuyển động của prosthesis.

Nền tảng này đã được nhóm Utah phát triển trong nhiều năm. Một nghiên cứu đăng trên Science Robotics mô tả việc giải mã điện cơ để điều khiển độc lập và theo tỷ lệ sáu bậc tự do của LUKE Arm. Những người tham gia trước đó có thể dùng hệ thống để thực hiện các thao tác tinh như cầm vật dễ vỡ hoặc phân biệt đặc tính vật thể.

Cánh tay không chỉ nhận lệnh, nó gửi cảm giác trở lại

Điểm khó của prosthesis không chỉ nằm ở việc làm cho ngón tay đóng và mở đúng lúc. Một bàn tay sinh học liên tục gửi về não thông tin về lực, tiếp xúc và vị trí. Không có vòng phản hồi đó, người dùng cánh tay robot phải dựa nhiều vào mắt để biết mình đã chạm vật hay đang bóp mạnh đến đâu.

LUKE Arm dùng cảm biến trên bàn tay robot để đo tương tác với vật thể. Hệ thống sau đó chuyển thông tin này thành các mẫu kích thích điện đưa vào các sợi thần kinh cảm giác còn lại thông qua USEA. Não diễn giải tín hiệu đó như cảm giác phát sinh từ bàn tay đã mất.

Trong nghiên cứu Science Robotics năm 2019, nhóm của Jacob George và Gregory Clark cho thấy phản hồi cảm giác làm tăng độ chính xác của lực cầm và giúp người tham gia xử lý các vật dễ vỡ tốt hơn. Nhóm cũng thử các mẫu kích thích biomimetic — được thiết kế để gần hơn với cách thụ thể sinh học phát xung — thay vì chỉ biến cường độ lực thành một dòng kích thích đều. Các mẫu mô phỏng sinh học giúp người tham gia nhận biết vật thể nhanh hơn trong thí nghiệm đó.

Phiên bản đang được thử tại nhà tiếp tục nguyên lý hai chiều này. Theo University of Utah, Davidson có thể cảm nhận mức áp lực khi cầm tay vợ, đồng thời dùng phản hồi xúc giác để thực hiện các thao tác như nhặt dâu, mở nắp lọ, chơi bài và di chuyển quân cờ mà không phải chỉ dựa vào quan sát.

Điều mới không phải là lần đầu một cánh tay robot “có cảm giác”

Nếu chỉ nhìn vào khả năng điều khiển bằng tín hiệu thần kinh và tạo cảm giác chạm, đây không phải lần đầu nhóm Utah chứng minh được điều đó. Nhiều kết quả nền tảng đã xuất hiện từ các thử nghiệm trước, và University of Utah cho biết Davidson là người tham gia thứ chín trong dòng nghiên cứu này.

Điểm mới của giai đoạn 2026 là mang toàn bộ hệ thống ra khỏi phòng lab để sử dụng không có giám sát trong đời sống hằng ngày. Những người tham gia trước chủ yếu dùng thiết bị tại cơ sở nghiên cứu, nơi kỹ sư và bác sĩ có thể hiệu chỉnh phần cứng, theo dõi kết nối và xử lý lỗi ngay lập tức.

Để một neuroprosthesis hữu ích ngoài phòng lab, nó phải chịu một tập hợp vấn đề khác hẳn bài kiểm tra có kiểm soát: người dùng di chuyển qua nhiều môi trường, thực hiện các thao tác không được định trước, đeo thiết bị trong thời gian dài và tự xử lý những thay đổi nhỏ trong tín hiệu thần kinh hoặc cách đặt cánh tay.

University of Utah cho biết phiên bản phần mềm và AI mới của hệ thống được thiết kế để tăng độ khéo léo, khiến điều khiển trực quan hơn và tạo cảm giác gần tự nhiên hơn. Đây là những thay đổi mà nhóm cho rằng đã khiến việc sử dụng độc lập tại nhà trở nên khả thi.

Thử nghiệm một năm đang hỏi câu hỏi khác phòng lab

Mục tiêu của thử nghiệm tại nhà không đơn giản là chứng minh cánh tay có thể nhặt một vật thể. Nghiên cứu cần xem thiết bị có tiếp tục hoạt động hữu ích qua hàng tuần và hàng tháng, trong những công việc do chính người dùng lựa chọn, hay không.

Theo thông báo của University of Utah Health, Davidson sẽ được theo dõi trong một năm. Nhóm muốn đánh giá neuroprosthesis đáp ứng các yêu cầu của đời sống thực như thế nào và liệu nó có đủ hữu ích, đủ trực quan để người tham gia thực sự muốn tiếp tục sử dụng lâu dài.

Đó là một tiêu chí quan trọng trong prosthetics. Một cánh tay robot có nhiều bậc tự do trên giấy không tự động trở thành prosthesis tốt hơn nếu việc điều khiển quá chậm, setup phức tạp hoặc người dùng phải tập trung liên tục chỉ để hoàn thành tác vụ đơn giản.

Khả năng trả lại cảm giác cũng có thể thay đổi trải nghiệm sử dụng theo cách những benchmark vận động thuần túy khó đo được. Cầm một quả dâu mà không làm dập là một bài toán kiểm soát lực; cảm nhận được tay của một người khác lại liên quan tới một khía cạnh mà stopwatch hoặc tỷ lệ thành công của tác vụ không phản ánh hết.

LUKE Arm thương mại, nhưng giao diện thần kinh vẫn đang thử nghiệm

Cần tách hai thành phần của hệ thống. Bản thân LUKE Arm là một prosthesis robot đa khớp đã được thương mại hóa. Phần biến nó thành neuroprosthesis hai chiều trong thử nghiệm Utah là giao diện thần kinh, điện cực cấy ghép, bộ xử lý và phần mềm của BIOS/University of Utah.

Giao diện này chưa phải thiết bị được bán rộng rãi cho người dùng. Chương trình hiện tại là một Investigational Device Exemption Early Feasibility Study. University of Utah cho biết công nghệ nhận Breakthrough Device designation của FDA vào tháng 3/2024 và được đưa vào Total Product Lifecycle Advisory Program; những chương trình này hỗ trợ quá trình phát triển và tương tác với cơ quan quản lý, chứ không tương đương với phê duyệt thương mại cuối cùng.

Việc cấy USEA cũng khiến đây khác hẳn một prosthesis chỉ đeo ngoài da. Các điện cực phải giao tiếp lâu dài với dây thần kinh ngoại biên, trong khi hệ thống cần duy trì chất lượng tín hiệu đủ ổn định cho cả ghi nhận vận động và kích thích cảm giác. Độ bền của implant, nguy cơ phẫu thuật, khả năng bảo trì và mức độ thuận tiện của phần cứng ngoài cơ thể đều là những yếu tố quyết định tính thực dụng.

Từ bài demo đẹp tới một thiết bị người dùng thực sự muốn đeo

Giai đoạn tại nhà vì thế quan trọng không phải vì LUKE Arm vừa học được một động tác hoàn toàn mới, mà vì nhóm nghiên cứu đang chuyển sang bài kiểm tra khó hơn: liệu một hệ thần kinh–robot hai chiều có thể tồn tại trong nhịp sống bình thường mà không cần một phòng lab bao quanh nó.

Davidson mới là người đầu tiên của thử nghiệm take-home này, nên chưa có dữ liệu dài hạn để kết luận mức độ ổn định, hiệu quả chức năng hay tỷ lệ sử dụng thực tế sau nhiều tháng. Những hình ảnh về việc mở lọ, chơi cờ hoặc chuẩn bị thức ăn cho thấy khả năng hiện tại của hệ thống, nhưng chưa thay thế cho kết quả định lượng từ cả quá trình nghiên cứu.

Nếu thử nghiệm kéo dài một năm cho thấy tín hiệu giữ được ổn định, cảm giác tiếp tục hữu ích và người dùng lựa chọn đeo thiết bị trong sinh hoạt thường ngày, đó sẽ là bằng chứng thực tế mạnh hơn nhiều so với một chuỗi demo được thực hiện dưới sự giám sát. Ngược lại, những lỗi và bất tiện xuất hiện ở nhà cũng có giá trị: chúng chỉ ra chính xác khoảng cách còn lại giữa một neuroprosthesis hoạt động trong phòng thí nghiệm và một cánh tay mà người dùng có thể xem như một phần của cơ thể mình.

Nguồn: University of Utah Health, thông báo ngày 18/9/2026; Jacob A. George và cộng sự, Biomimetic sensory feedback through peripheral nerve stimulation improves dexterous use of a bionic hand, Science Robotics; tài liệu của University of Utah về thử nghiệm LUKE Arm tại nhà.