磁鐵也能控制假肢？新型機(jī)械手幫助殘障人士“恢復(fù)正?！?

圖蟲創(chuàng)意

最近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)出了一種新的機(jī)械手，能讓患者就能像運(yùn)用自己的手那樣操控機(jī)械手。而且這款機(jī)械手已經(jīng)在一位患者身上成功進(jìn)行了測(cè)試。有的朋友就說，這假手真的能跟真手一樣用嗎？

咱們以前講過腦機(jī)接口，腦機(jī)接口咱們以前的節(jié)目中講過，感興趣的朋友可以去看。腦機(jī)接口，簡(jiǎn)單來說就是患者腦袋里植入電極，采集電信號(hào)來分析他想的是什么，然后把信號(hào)傳給安裝的機(jī)械手或者其他機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)寫字啊、走路啊等操作。

但這次還真不是腦機(jī)接口。畢竟腦機(jī)接口比較復(fù)雜，目前植入也有一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)。這種新的機(jī)械手如果類比腦機(jī)接口的話，這個(gè)應(yīng)該叫“臂機(jī)接口”，就是在截肢患者的殘臂這里，安了個(gè)“插口”。

什么意思呢？

截肢的患者雖然失去手了，但是前臂殘留的這些肌肉還是像以前一樣受到大腦控制，按照大腦的指令運(yùn)動(dòng)。

這些殘留肌肉的運(yùn)動(dòng)，會(huì)反映出這個(gè)人的運(yùn)動(dòng)意圖。也就是說，截肢之前，患者想去抓什么，用手直接就去抓了。截肢之后，再想去抓的時(shí)候，手雖然沒了，但是殘留的肌肉還像原來一樣跟著動(dòng)。這種新的機(jī)械手就是通過檢測(cè)分析這些殘留肌肉的運(yùn)動(dòng)，把它們的“運(yùn)動(dòng)意圖”的信號(hào)傳給機(jī)械手，讓機(jī)械手去執(zhí)行。

具體怎么控制的呢？

這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)使用大概幾毫米大小的微型磁鐵，植入截肢手臂的殘留肌肉這肌肉一動(dòng)，磁鐵就跟著動(dòng)，空間的磁場(chǎng)就會(huì)發(fā)生變化，再通過一種特殊的算法，把這種變化轉(zhuǎn)化成對(duì)機(jī)械手的指令。和腦機(jī)接口相比，這個(gè)技術(shù)更簡(jiǎn)單也更安全，因?yàn)椴挥猛X子里植入電極了。

其實(shí)現(xiàn)在這種假肢的研究也有不少，都是想直接能通過殘端的肌肉來控制手的各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。那都是怎么控制的呢？

因?yàn)槟憧催@里面可以利用的信號(hào)來源，就基本上只有肌肉了，所以這里面很大一部分用的是肌肉產(chǎn)生的電信號(hào)，我們也叫肌電信號(hào)。但利用肌電信號(hào)這種方式有個(gè)缺點(diǎn)，就是很容易受外部信號(hào)干擾，我讀博士的時(shí)候曾經(jīng)做個(gè)研究，需要測(cè)大鼠的肌電信號(hào)，難度真是特別大，干擾很多。

咱們這次說的這個(gè)研究呢，他們用的不是肌電信號(hào)，用的另外一種方式，就利用肌肉的運(yùn)動(dòng)，收縮和舒張，然后肌肉殘端的位置就移動(dòng)了，但這個(gè)其實(shí)也有它的難度，就是定量測(cè)量難度很大，所以他們用磁鐵的這樣一種方式，能做成功，特別不容易。

而且他們這個(gè)研究，雖然看起來也是機(jī)械手，但是和傳統(tǒng)的機(jī)械手相比也有很大不同，咱們很多朋友看過科幻電影，很多科技館里面也有相關(guān)展示。機(jī)械手能遠(yuǎn)程控制機(jī)械手臂，進(jìn)行各種操作，但是傳統(tǒng)的機(jī)械手一般不是為殘障人士設(shè)計(jì)的，很多是人通過按鍵或者操作控制桿進(jìn)行。

但是這個(gè)研究不同，這個(gè)機(jī)械手是給殘疾人當(dāng)“真手”用的。而且不是說讓殘疾人通過聲控或者其他渠道間接控制，就是像正常手一樣指哪打哪，這個(gè)就厲害。

科研團(tuán)隊(duì)給患者使用假肢測(cè)試了6周，患者可以相對(duì)自如的拿起和移動(dòng)不同形狀的東西，比如能倒水，還能開罐子、用螺絲刀、用刀切、拉拉鏈，還能自己控制抓住易碎東西的力度。

這個(gè)研究成果應(yīng)該說是假肢科學(xué)領(lǐng)域里的重大進(jìn)步，是科學(xué)家們?yōu)榱烁淖兗僦磥戆l(fā)展進(jìn)行的一項(xiàng)前沿探索。所以科技的發(fā)展也為越來越多的殘疾人解決了問題，利用科技幫助殘疾人，也希望讓他們能和正常人一樣，也能正常生活，甚至將來用這個(gè)機(jī)械手也能彈琴，就像有的運(yùn)動(dòng)員，用假肢參加正常比賽。

不知道咱們大家還記不記得，2008年北京奧運(yùn)會(huì)，有一位叫刀鋒戰(zhàn)士的運(yùn)動(dòng)員，皮斯托瑞斯，一個(gè)殘疾人，沒有小腿，殘奧運(yùn)他早就得過冠軍了，2008年的時(shí)候他是用假肢參加正常人的奧運(yùn)會(huì)，也取得了一定的名次。這位運(yùn)動(dòng)員刀鋒戰(zhàn)士確實(shí)非常不容易，但當(dāng)時(shí)也有很多科學(xué)家反對(duì)他參加比賽的。為啥？這里面確實(shí)有一些倫理風(fēng)險(xiǎn)。你想啊，真要是機(jī)械的假肢裝置代替人體原有的器官，如果還能取得好成績(jī)，說白了人借助機(jī)械裝置要是能提升成績(jī)的話，就有可能就會(huì)促使一些人往這個(gè)方向使勁。咱們看金庸先生的小說《碧血?jiǎng)Α肺宥窘讨骱舞F手，為了練功把手割下去換了個(gè)鐵鉤子，還有很多科幻電影也都是，有半機(jī)械人，把人體的一些部分換成機(jī)器。包括有的人也是自己的牙好好的不用，非要換成金牙。

所以其實(shí)咱們說很多科學(xué)技術(shù)都有兩面性，用好了，造福于人，搞不好，就容易出現(xiàn)科學(xué)倫理問題。將來如果真是假肢科學(xué)發(fā)展的特別迅速，造出來的假肢比真的還好用，還更多功能，那可能我們還真是需要去解決一些科學(xué)倫理問題。不過話說回來，我們現(xiàn)在相關(guān)的技術(shù)還沒有發(fā)展到那個(gè)程度，目前也不用擔(dān)心那么多，所以這個(gè)研究對(duì)人類來說，特別是一些特殊人群，有著非常重要意義。

本文為科普中國(guó)·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品

作者：張宇識(shí)

審核：劉志成 首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院院長(zhǎng)/教授

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

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