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有了意念当“指挥” 假肢也能很“听话”

文章作者:科技中心 上传时间:2020-05-07

英研制出世界首款仿生手指 可灵活抓握

皇牌天下,人可以用大脑的意念控制物体吗?

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“阿凡达”可以变成现实吗?

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一位失去手臂的残疾人可以用意念控制假肢运动并拿取物品吗?

“专业手指”可以像真正手指那样拥有弯曲、触摸、抓握和指向等所有基本功能。

以上的回答都是肯定的!

据美国《连线》网站报道,英国科技公司“触摸仿生公司”(Touch Bionics)近日研制出世界上第一款功能强大的仿生手指。这种仿生手指名为“专业手指”(ProDigits),它可以帮助失去手指的患者重新获得正常的抓握能力。

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据了解,“专业手指”可以像真正手指那样拥有弯曲、触摸、抓握和指向等所有基本功能。触摸仿生公司表示,对于那些由于先天畸形所造成的手指功能丧失或由于后天意外所造成的手指缺失的患者来说,“专业手指”可以让他们从此摆脱手指功能不完的烦恼。玛丽娅-伊格列萨斯曾经是西班牙一位著名的钢琴家,她将是“专业手指”的首批试用者之一。据悉,“专业手指”的市场售价将在5.7万美元到7.3万美元之间。

中国科学院深圳先进技术研究院神经工程研究中心研究员李光林及其团队研发的多功能仿生假肢,就是让这一切成为现实的高科技“法宝”。虽然是靠意念控制假肢,但并非直接从大脑处获得控制指令,而是利用患者肌肉表面的电信号来控制假肢的运动。该方法通过肌电信号解码识别人的运动意图,其核心就是将肌电信号转换为假肢动作信号的一整套算法和信号处理技术。

触摸仿生公司最知名的产品就是i-LIMB智能假肢。在智能假肢中,装有许多智能微处理器和水压驱动器。这些微处理器都像是一个个微型的大脑,它们可以预测主人是要走动还是要移动手臂,而水压驱动器则可以操纵假肢的运动。目前,全球已有3000多人受益于这种智能假肢。

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当然,智能假肢与仿生假肢还存在一些区别。现在,先进的仿生假肢技术已成为业界的研究热点。科学家和医生都希望能够研制出功能更为强大的仿生假肢,以完全实现对人类肢体功能的复制。在人类所有肢体中,手指部分是最难人工制造的,因为这不仅仅关系到运动灵活性的问题。制造的难点在于,手部可以感知物体的纹理、材质等物理属性。而传统的智能手臂主要是将手部与手臂相连在一起,实现某些机械化的简单动作。

多功能肌电假肢控制原理

“专业手指”则比传统智能手臂解决了更多的问题。对于一些患者来说,他们通常无法完成一些微小动作,如握住刀叉或茶杯。“专业手指”则可以独立地握拳或灵活地摆动。

长期以来,战争、疾病、自然灾害、交通事故以及其他各种意外伤害造成了成千上万人的肢体残疾,而未截肢者安装假肢是恢复其肢体功能的主要手段。研究和开发先进的假肢及假肢控制系统,改善和提高假肢的操控性能,为众多截肢者提供智能化、多功能的假肢,能够极大程度地提高他们的生活品质,增加就业机会。

据触摸仿生公司介绍,每一套“专业手指”都是由临床医生根据患者的需求量身定做的,接口的设计和制造都体现患者的特别要求。在“专业手指”中,有一组肌电传感器和一组压力感应开关。“专业手指”就是依靠这两个关键部件实现其功能的。肌电传感器主要是用来接收来自残肢部位的肌肉信号,而压力感应开关则是相当于一个触摸板。当接近一个物体时,手指会产生压力感应。因此该手指的重要特征就是,当它握住或抓住一个物体时,使用者能够感觉到。

传统的假肢系统存在功能单一、操控缓慢、动作笨拙、维护困难等问题。随着先进的信号处理技术和高性能微处理器的发展,一些先进的假肢控制方法得以实现。表面肌电信号由肌肉兴奋时所募集的运动单位产生的多个动作电位序列在皮肤表面叠加而成,是一种非平稳的微弱信号。通过在残留的肢体肌肉表面采集EMG信号并进行解码,就能够获取截肢者的运动神经信息,识别运动意图,实现多自由度的假肢控制。

触摸仿生公司负责人斯图亚特-米德表示,“对于患者来说,手指功能残缺不全是他们重新进入社会或职场的最大障碍。我们的目标就是尽全力使病人手部恢复功能,并让他们在自己选择的生活方式与职业里能够重新找回与他人互动的能力。”

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美国《连线》网站相关报道

大脑向肢体发出动作信号,肢体做出相应反馈

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众所周知,大多数截肢患者都存在一种幻觉,认为因截肢而失去的肢体依然存在,这被称为“幻肢感”,如他们可以想象失去的肢体还可以拿取物品,甚至感受到疼痛等。当截肢者通过想象,用他们的幻肢做某一动作时,大脑产生的运动神经信号使得残存的肌肉收缩,产生肌电信号。科研人员通过模式识别的方法可以解码该肌电信号,从而得知截肢者想要做的肢体动作类型,控制系统便可驱动假肢完成相应的动作。研究表明,针对前臂截肢者的情况,该方法对10个不同手臂动作的识别精度高达90%以上。

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