用磁鐵和肌肉控制機(jī)械手指能解碼運(yùn)動(dòng)意圖的假肢問世

|| ||

9月11日，來自意大利比薩圣安娜高等學(xué)校生物機(jī)器人研究所的團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出一種安裝在截肢者殘臂和機(jī)械手之間的全新接口，可解碼運(yùn)動(dòng)意圖。該接口與機(jī)械手集成后，已在第一位患者身上成功進(jìn)行了測(cè)試，讓患者能像運(yùn)用自己的手那樣操控機(jī)械手。這一成果是科學(xué)家為徹底改變假肢未來發(fā)展而進(jìn)行的一項(xiàng)前沿探索，相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《科學(xué)·機(jī)器人》上。

新接口的開發(fā)理念是通過植入肌肉的磁鐵去解碼運(yùn)動(dòng)意圖。團(tuán)隊(duì)使用幾毫米大小的微型磁鐵，植入截肢手臂的殘留肌肉中，這些磁鐵可利用肌肉收縮產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)來張開和閉合手指。

研究團(tuán)隊(duì)解釋說，人體前臂有20塊肌肉，其中許多都負(fù)責(zé)控制手部運(yùn)動(dòng)。許多失去手的人仍會(huì)感覺手部還在原處，也是因?yàn)闅埩舻募∪鈺?huì)根據(jù)大腦的指令運(yùn)動(dòng)。團(tuán)隊(duì)詳細(xì)繪制了這些動(dòng)作，并將其轉(zhuǎn)化為信號(hào)來引導(dǎo)機(jī)械手的手指。微型磁鐵具有天然磁場(chǎng)，可在空間中輕松定位。當(dāng)肌肉收縮時(shí)，磁鐵會(huì)移動(dòng)，再通過一種特殊的算法將其轉(zhuǎn)化為對(duì)機(jī)械手的特定命令。

團(tuán)隊(duì)將此項(xiàng)成果稱為假肢醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)步。患者的手臂上植入了6塊磁鐵，使用假肢已測(cè)試了6周。實(shí)驗(yàn)結(jié)果則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了團(tuán)隊(duì)最樂觀的預(yù)期：患者能自如控制手指的運(yùn)動(dòng)，拿起并移動(dòng)不同形狀的物體，還能完成許多日常動(dòng)作，如打開罐子、使用螺絲刀、用刀切割、拉上拉鏈等，而且他能自己控制抓住易碎物體時(shí)的力度。

這個(gè)新系統(tǒng)無需電線和電源，只用磁鐵和肌肉就能控制機(jī)械手指的運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)日常活動(dòng)。這種能解碼運(yùn)動(dòng)意圖的接口非常了不起，與此同時(shí)，該研究對(duì)患者殘留肌肉的運(yùn)用也十分出神入化——團(tuán)隊(duì)需要通過手術(shù)將極微小磁鐵植入到患者前臂肌肉中，還需要用核磁成像和肌電圖識(shí)別截肢區(qū)域的各組肌肉，更要兼顧患者的體感。這些一步步都極具挑戰(zhàn)性的工作，共同“搭建”起了世界第一只磁控假手。