เบนจามิน ชอย วัยสิบเจ็ดปีใช้เวลาว่างในช่วงการระบาดใหญ่ให้เป็นประโยชน์ในการออกแบบอุปกรณ์ที่เข้าถึงได้ซึ่งไม่ต้องผ่าตัดสมอง
10 ปีที่แล้ว ตอนที่เบนจามิน ชอย อยู่ชั้นประถมศึกษาปีที่ 3 เขาดูสารคดีเรื่อง “60 นาที”เกี่ยวกับอวัยวะเทียมที่ควบคุมด้วยจิตใจ นักวิจัย ได้ ฝังเซ็นเซอร์ขนาดเล็กลงในเยื่อหุ้มสมองของคนไข้ที่ขยับแขนหุ่นยนต์โดยใช้เพียงความคิดของเธอเท่านั้น ชอยรู้สึกทึ่งกับแนวคิดนี้ เปรียบได้กับบางอย่างในหนังสตาร์ วอร์ส
“ตอนนั้นฉันรู้สึกทึ่งมากจริงๆ เพราะเทคโนโลยีนี้น่าประทับใจมาก” เขากล่าว “แต่ฉันก็ตื่นตระหนกเช่นกันว่าพวกเขาต้องการการผ่าตัดสมองแบบเปิดที่มีความเสี่ยงจริงๆ และพวกเขาไม่สามารถเข้าถึงได้โดยมีราคาหลายแสนดอลลาร์”
หลายปีต่อมา เมื่อเกิดโรคระบาดครั้งใหญ่ในปี 2020 ชอย นักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 ที่อาศัยอยู่ในเวอร์จิเนีย จู่ๆ ก็พบว่าตัวเองมีเวลาว่างเหลือเฟือ ห้องปฏิบัติการที่เขาวางแผนที่จะใช้เวลาช่วงฤดูร้อนเพื่อค้นคว้าเกี่ยวกับเชื้อเพลิงอะลูมิเนียมได้ปิดตัวลงแล้ว แต่สารคดีที่เขาเคยเห็นเมื่อหลายปีก่อนติดอยู่กับเขา และเขาตัดสินใจที่จะใช้เวลาว่างเพื่อสร้างแขนเทียมที่ไม่รุกรานน้อยกว่าด้วยตัวเขาเอง
ในห้องปฏิบัติการชั่วคราวของเขาบนโต๊ะปิงปองในห้องใต้ดินของเขา (ซึ่งบางครั้งเขาทำงาน 16 ชั่วโมงต่อวัน!) ชอยออกแบบแขนหุ่นยนต์รุ่นแรกของเขาอย่างอิสระโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติราคา 75 ดอลลาร์ของน้องสาวและสายเบ็ด เครื่องพิมพ์ไม่สามารถประกอบชิ้นส่วนที่มีความยาวเกิน 4.7 นิ้วได้ ดังนั้นชอยจึงพิมพ์แขนเป็นชิ้นเล็กๆ แล้วขันเกลียวและรัดด้วยยาง โดยรวมแล้วใช้เวลาประมาณ 30 ชั่วโมงในการพิมพ์ เวอร์ชันนี้ทำงานโดยใช้ข้อมูลคลื่นสมองและท่าทางของศีรษะ และชอยได้โพสต์คำแนะนำออนไลน์เพื่อให้ทุกคนสร้างด้วยตนเอง
เขาเคยมีประสบการณ์ในการสร้างหุ่นยนต์และเขียนโค้ดจากการเข้าร่วมการแข่งขันหุ่นยนต์ในระดับประถม มัธยมต้น และมัธยมปลาย แม้กระทั่งไปชิงแชมป์โลกหลายครั้ง เริ่มต้นในชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 เขาสอนตัวเองเกี่ยวกับภาษาการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ Python และ C++ โดยดูวิดีโอบน Stack Overflow ซึ่งเป็นเว็บไซต์สำหรับโปรแกรมเมอร์
หลังจากออกแบบซ้ำแล้วซ้ำอีกกว่า 75 แบบ แขนหุ่นยนต์ที่ควบคุมโดยจิตใจไม่รุกรานและควบคุมใจของ Choi ในตอนนี้ ผลิตจากวัสดุเกรดวิศวกรรมที่สามารถรับน้ำหนักได้มากถึงสี่ตัน มันทำงานโดยใช้อัลกอริธึมที่ขับเคลื่อนโดยปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่ตีความคลื่นสมองของผู้ใช้ และมีค่าใช้จ่ายเพียง 300 ดอลลาร์ในการผลิต ซึ่งประหยัดได้มากเมื่อเทียบกับที่มีอยู่ในตลาดในปัจจุบัน การทำเทียมสำหรับรยางค์บนแบบพื้นฐานและใช้พลังงานจากร่างกายมีราคาประมาณ7,000เหรียญ ในปี 2015 Modular Prosthetic Limb แบบเต็มแขนซึ่งมีข้อต่อ 26 ข้อ เซ็นเซอร์หลายร้อยตัว และสามารถม้วนงอได้มากถึง 45 ปอนด์ ราคาประมาณ500,000 ดอลลาร์. อวัยวะเทียมนี้ประกอบกับการผ่าตัดเพื่อเปลี่ยนเส้นทางประสาทที่เคยควบคุมแขน ทำให้ผู้ป่วยสามารถควบคุมแขนขาด้วยความคิดและสัมผัสได้ถึงเนื้อสัมผัส
การประดิษฐ์นี้ทำให้ชอย ซึ่งปัจจุบันอายุ 17 ปีเป็นรุ่นพี่ที่โรงเรียนโปโตแมคในเวอร์จิเนีย เป็นผู้ผ่านเข้ารอบ 40 อันดับแรกของการค้นหาพรสวรรค์ด้านวิทยาศาสตร์ Regeneron ประจำปีนี้ ซึ่งเป็นการแข่งขันด้านวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ที่เก่าแก่และมีชื่อเสียงที่สุดของประเทศสำหรับนักเรียนมัธยมปลาย ผู้ชนะอันดับหนึ่งของปีนี้คือคริสติน เย จากแซมมามิช วอชิงตัน ผู้พัฒนาวิธีวิเคราะห์คลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากการชนกันระหว่างดาวนิวตรอน
“มันมีความหมายมากสำหรับฉันที่เห็นว่างานของฉันได้รับการยอมรับเช่นนี้” ชอยกล่าว “ฉันรู้สึกขอบคุณมากที่ได้เข้ารอบสุดท้าย”
ประมาณ2 ล้านคนอาศัยอยู่กับการสูญเสียแขนขาในสหรัฐอเมริกา และประมาณ 185,000 การตัดแขนขาเกิดขึ้นทุกปี องค์การอนามัยโลกระบุว่ามีเพียงหนึ่งในสิบคนที่ต้องการผลิตภัณฑ์ช่วยเหลือ รวมทั้งอวัยวะเทียมและอวัยวะเทียม เข้าถึงผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้ โดยอ้างว่า “มีค่าใช้จ่ายสูง” และ “ขาดความตระหนักรู้ ความพร้อมใช้งาน บุคลากรที่ได้รับการฝึกอบรม นโยบาย และการเงิน”
แขนของชอยใช้คลื่นไฟฟ้าสมองหรือ EEG เพื่อหลีกเลี่ยงเทคนิคการบุกรุกของอวัยวะเทียมอื่นๆ อุปกรณ์ EEG บันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของสมองโดยใช้เซ็นเซอร์ที่วางอยู่บนศีรษะ
มักใช้ในทางการแพทย์เพื่อวินิจฉัยโรคลมชักหรือความผิดปกติของสมองอื่นๆ
ระบบของเขาใช้อิเล็กโทรดสองอิเล็กโทรด: เซ็นเซอร์พื้นฐานที่ยึดกับติ่งหูและอีกอันบนหน้าผากที่รวบรวมข้อมูล EEG อิเล็กโทรดหน้าผากรับข้อมูลคลื่นสมอง ซึ่งถูกส่งไปยังไมโครชิปในแขนเทียมผ่านบลูทูธ โมเดล AI ที่ Choi สร้างขึ้น ซึ่งฝังอยู่ในชิปด้วย จะถอดรหัสข้อมูลและแปลงเป็นการคาดการณ์ว่าสมองกำลังคิดอะไรอยู่ แขนยังเคลื่อนไหวโดยใช้ท่าทางศีรษะและหยุดโดยตั้งใจกะพริบตา
หกเดือนหลังจากที่เขาเริ่มสร้างแขน เขาโพสต์วิดีโอบน YouTube ที่แสดงให้เห็นถึงความคล่องแคล่ว อวัยวะเทียมได้รับความสนใจจากโจเซฟ ดันน์ ผู้พิการแขนขาท่อนบนจากเพนซิลเวเนีย ชอยเริ่มปรึกษากับเขาทางไกลเกี่ยวกับการออกแบบ
“การทำงานกับมิสเตอร์ดันน์ทำให้โปรเจ็กต์นี้ส่งผลกระทบ สร้างแรงบันดาลใจ และสร้างแรงบันดาลใจจริงๆ” ชอยกล่าว “บางทีนี่อาจฟังดูซ้ำซากจำเจ แต่คุณสามารถช่วยเหลือผู้คนได้จริงๆ ฉันคิดว่าผ่านวิศวกรรม ผ่านเทคโนโลยี”
นักประดิษฐ์รุ่นเยาว์ได้รับทุนสนับสนุนจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในปี 2564 เพื่อดำเนินการวิจัยและทำงานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญที่มหาวิทยาลัยต่อไป เป็นเวลาประมาณหกเดือน เขาทดลองกับคลาวด์คอมพิวติ้งเพื่อให้อาร์มอินเทอร์เน็ตเข้ากันได้
นอกจาก นี้Choi ยังได้รับรางวัลจากงานRegeneron International Science and Engineering Fair , Microsoft Imagine CupและNational At-Home STEM Competition เขาได้รับทุนการผลิตในเดือนตุลาคม 2020 จาก PolySpectra, Inc. ซึ่งเป็นบริษัทที่ผลิตวัสดุการพิมพ์ 3 มิติที่ทนทาน เพื่อผลิตแขนของเขา
นอกเหนือจากวิศวกรรมแล้ว ชอยยังเป็นผู้เล่นสควอชอันดับประเทศ ประธานนักเรียนที่โรงเรียนของเขา นักเขียนเรื่องสั้นที่ได้รับการตีพิมพ์ ศิลปินเดี่ยวไวโอลินที่จบการแข่งขันหลายรายการ และเป็นผู้ก่อตั้งทีมนักเรียนโปโตแมคที่เข้าแข่งขันในรายการ NBC แบบทดสอบโชว์ “It’s Academic”
ชอยวางแผนที่จะเรียนวิศวกรรมศาสตร์ในวิทยาลัย และต้องการพัฒนาแขนเทียมของเขาต่อไป เขามีจุดมุ่งหมายในการศึกษาทางคลินิกกับผู้ป่วยที่มีการสูญเสียแขนขาบน เขาได้รับสิทธิบัตรชั่วคราวสองฉบับสำหรับการประดิษฐ์ของเขา: หนึ่งสำหรับ neuroprosthesis และอีกอันสำหรับอัลกอริธึมการตีความคลื่นสมอง
Choi กล่าวว่าอัลกอริธึมของเขามีประโยชน์มากกว่าการทำเทียม รวมถึงการควบคุมอุปกรณ์ช่วยเหลือ เช่น รถเข็น และการช่วยเหลือผู้ป่วยโรค ALS ในการสื่อสาร
“การตีความคลื่นสมองเป็นสาขาที่ใหญ่มาก” เขากล่าว “อัลกอริธึมของฉันดีที่สุดในบรรดาอัลกอริธึมที่รายงานในวรรณคดีโดยมีระยะขอบที่ค่อนข้างชัดเจน ฉันคิดว่ามันอาจมีแอปพลิเคชั่นขนาดใหญ่ในอนาคต”
