学术|上海交大、MIT团队联合研发新型智能假手，仅约292克( 二 )
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图 | 机器人大白
在此次研究中，与大多数神经义肢使用电动机控制的方法不同，研究人员使用了一个简单的气动系统来精确地给手指充气，并将它们弯曲到特定的位置，气动柔性手指的设计具有成本低、重量轻和可扩展制造的优点，可以穿在腰间，大大减轻了义肢的重量 。
而且，研究人员还通过一个计算机模型，将手指的理想位置与泵必须施加的相应压力相关联，以精确达到某些位置 。利用这个模型，该团队开发了一个控制器，该控制器可以指导气动系统在模拟 5 种常见抓握的位置上给手指充气，包括将 2 个和 3 个手指捏在一起，握成一个球状的拳头，以及握住手掌 。
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图 | 软神经义肢的设计与操作（来源：该论文）
此外，研究人员还通过整合手部的肌电传感器、触摸传感器和电刺激器，为软体神经义肢开发了一个双向的人机界面，系统接收来自肌电传感器的信号，肌电传感器测量运动神经元产生的电信号以控制肌肉 。这些传感器安装在义肢的开口处，可以从残余肢体接收信号，比如当截肢者想要握拳时发出的神经信号 。
研究人员使用现有算法 “解码” 肌肉信号，并将它们与常见的抓握类型相关联，使用这种算法为他们的气动系统控制器编程 。例如，当截肢者想象自己拿着酒杯时，传感器会采集残余的肌肉信号，然后控制器将其转换为相应的压力，来使每个手指膨胀并产生截肢者的预期抓握 。
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图 | 软神经义肢手的性能表征（来源：该论文）
未来，研究人员希望能够更进一步实现触觉反馈，这是目前大多数商业神经义肢中没有包含的功能 。
为此，他们在义肢的每个指尖上缝上了一个压力传感器，当触摸或挤压该传感器时，会产生与感受到的压力成正比的电信号 。每个传感器都连接到截肢者残肢上的特定位置，因此当义肢的拇指被按压时，用户就可以 “感觉到” 。
吃喝拉，都可以为了测试这种义肢的性能，研究人员招募了两名上肢截肢志愿者 。经过简单的培训，志愿者们很快就学会了如何通过反复收缩手臂肌肉、同时想象 5 个常见抓握动作来使用这种义肢 。
完成 15 分钟的培训后，志愿者被要求进行一系列标准化测试，以展示手动力量和灵活性 。这些任务包括叠棋子、翻页、用钢笔书写、举起重球以及捡起草莓和面包等易碎物品 。
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图 | 志愿者的日常活动测试（来源：该论文）
同时，研究人员也使用一只更坚硬的已在市场售卖的仿生手重复了同样的测试，发现他们的义肢在大多数任务中与坚硬的同类产品一样好，甚至更好 。而且，在整个测试过程中，受试者都感觉柔软的神经义肢手比坚硬的神经义肢手要轻得多 。
其中，一名志愿者还能灵活地使用柔软的义肢进行日常活动，例如吃饼干、蛋糕和苹果等食物，以及拿起笔记本电脑、瓶子、锤子和钳子等物体和工具，甚至还可以安全地操纵软绵绵的假体，例如与人握手、触摸花朵和抚摸猫咪 。
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