机械臂也有感觉了!
据英国《镜报》7月25日报道,一种新型机械手臂使截肢者能够运用思想的力量,再次触摸和感觉。它是如此的敏感 ,以至于美国犹他州的佩戴者基文·沃尔加莫特能用机械臂上的手指摘下葡萄,而不会将其捏破 ,还能灵巧地剥开香蕉 ,甚至发送短信。基文还可以捡起一个鸡蛋而不打碎它,可以握住他妻子的手,可以给自己戴上结婚戒指 。
这款电动装置被叫做卢克,以《星球大战2:帝国反击战》中卢克·天行者使用的假肢命名。研究负责人、生物医学工程师格雷戈里·克拉克教授说:“基文想做的第一件事就是戴上结婚戒指,因为单手很难做到,这非常感人。”
安装了这款义肢后,基文成功地完成了一些日常生活中的任务,甚至是那些他以前觉得困难的任务,比如给枕头套上枕套。这款义肢手和手指由植入截肢患者肌肉的电极控制。犹他大学研究小组开发的这款义肢的一款便携式原型与佩戴者腰带上的电脑相连,可以在任何地方自由使用 。基文说,当他和妻子握手时,手指的感觉与手臂正常的人相似。触觉意味着用户可以区分不同的表面。这是因为他们通过手上的传感器“感知”物体,而这些传感器将脉冲传递给手臂上的神经。
在第一次使用卢克手臂后,基文说:“它几乎让我激动到流泪,真的很神奇。我从来没有想过我能再次感受到那只手。”基文是七个测试对象之一,他在2002年的一次电气事故中失去了左手和部分手臂。
这款机械臂随着人的思想移动,就像一个“闭环”,这意味着它也能防止“幻肢痛”。这是一个常见的现象,截肢者想象受伤的肢体仍然在那里 ,还会感觉到痛。所以,当拿起鸡蛋时,凯文的大脑会告诉它不要用力挤压。它通过向大脑发送适当的信号来模仿人类的手触摸物体的方式。在实验中 ,即使蒙上眼睛,戴上耳机,基文也能说出不同物体的大小、质地和类型。他能够“感觉到”多达119种感知,从压力到振动。他能比使用其他同类系统更快更准确地识别和处理物体。
这项研究历时14个月,报告发表在国际著名学术期刊《科学·机器人学》杂志上。这项研究建立在先前研究的基础上,先前的研究表明,受生物学启发的感官反馈系统有潜力恢复截肢者幻肢手的自然“感觉”。虽然目前的假肢可以替代失去的运动功能,但使用者仍然希望让他们的假肢感觉更自然。
作者之一、克拉克教授实验室的博士生雅各布·乔治说:“我们改变了向大脑发送信息的方式,使其与人体匹配 。通过与人体匹配,我们能够看到改善的益处。我们正在制造更符合生物学原理的信号。”这意味着佩戴假肢的截肢者可以感知软的或硬的东西的触感,更好地理解如何拿起它并执行微妙的任务。这是一个带有金属钩的标准义肢不可能实现的。
这款卢克机械臂是由总部位于新罕布什尔州的DEKA研发公司创建的。它主要由金属马达和部件组成,手上有一层透明的硅“外壳”,由外部电池供电,并与电脑相连。与此同时,克拉克教授和同事们提出了一种系统,可以让设备进入佩戴者的神经。这些就像“生物电线”一样,向手臂发送信号,让它移动。这要归功于犹他州教授理查德?诺曼的一项发明——犹他州倾斜电极阵列。
一束由100个微型电极和电线组成的电极束被植入截肢者前臂的神经,并与身体外部的一台电脑相连。阵列解释来自仍然存在的手臂神经的信号,计算机将它们转换成数字信号,告诉手臂移动。但反过来也一样。要完成像捡起东西这样的任务,需要的不仅仅是大脑告诉手要移动。义肢手还必须学会如何“感觉”物体,以便知道要施加多大的压力。首先,假肢手臂上有传感器,通过阵列向神经发送信号,模仿手抓住东西时的感觉。 城市信报编译 曹丽娜
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