日前，麻省理工學(xué)院和上海交通大學(xué)的工程師設(shè)計(jì)了一款柔軟，輕便，低成本的神經(jīng)假手這是一個(gè)叫做EcoFlex的充氣機(jī)械手殘疾人可以用自己的肌肉信號(hào)控制機(jī)械手，拉拉鏈，握手，甚至扇貓耳光

據(jù)研究人員介紹，EcoFlex的重量?jī)H為292克，與傳統(tǒng)的可通過(guò)肌肉信號(hào)控制的假肢相比，成本大大降低，總成本約為500美元。

這項(xiàng)研究發(fā)表在8月16日的《自然》子期刊《自然—生物醫(yī)學(xué)工程》上，論文的標(biāo)題是一只柔軟的神經(jīng)假手，同時(shí)提供肌電控制和觸覺(jué)反饋。

論文鏈接:

01.比傳統(tǒng)假體更輕更便宜。這種新的軟假體只需3000多元

目前全球已有500多萬(wàn)人接受了截肢手術(shù)，市場(chǎng)對(duì)假肢的需求巨大假肢技術(shù)有了很大的進(jìn)步除了類(lèi)似于肢體模型的假肢，商用的神經(jīng)假肢也越來(lái)越多

神經(jīng)假肢是一種仿生肢體，可以感知?dú)埣踩说募∪庑盘?hào)，做出他們想做的動(dòng)作這種假肢聽(tīng)起來(lái)很科幻，但這種高科技帶來(lái)的靈巧是有代價(jià)的神經(jīng)假體的價(jià)格可以高達(dá)幾萬(wàn)美元，而且它是由金屬骨架制成的，再加上驅(qū)動(dòng)它的電機(jī)，整個(gè)假體又重又硬

為了使神經(jīng)假體更加靈活便攜，降低制造成本，麻省理工學(xué)院和上海交通大學(xué)的工程師設(shè)計(jì)了一種柔軟便攜的神經(jīng)假體手他們把這只假手命名為EcoFlex

EcoFlex由柔軟且有彈性的材料制成，由充氣驅(qū)動(dòng)它的重量只有292克，其組件的總價(jià)只有500美元左右

研究人員還為它安裝了觸覺(jué)反饋系統(tǒng)，可以使假肢具有和人手一樣的觸感佩戴EcoFlex后，截肢者可以實(shí)現(xiàn)一些日?；顒?dòng)，如拉拉鏈和倒果汁在某些情況下，EcoFlex的性能甚至比傳統(tǒng)的金屬假體更好

研究人員還發(fā)現(xiàn)，新設(shè)計(jì)的假手不僅重量輕，成本低，而且非常耐用，被錘子砸中甚至被汽車(chē)碾壓后都能迅速恢復(fù)。

麻省理工學(xué)院機(jī)械工程，土木與環(huán)境工程教授趙宣和說(shuō):這還不是一個(gè)完整的產(chǎn)品，但它的性能已經(jīng)接近甚至優(yōu)于目前市場(chǎng)上可以買(mǎi)到的神經(jīng)假體，這讓我們很興奮制作這種假肢的成本非常低，對(duì)于低收入家庭的截肢者有很大的應(yīng)用潛力

02.EcoFlex由氣體驅(qū)動(dòng)，研究人員也給它一種觸覺(jué)

像其他軟體機(jī)器人一樣，EcoFlex是由柔軟而有彈性的材料制成的假體由五個(gè)氣球狀的手指組成，每個(gè)手指都嵌入一個(gè)纖維段，類(lèi)似于人手指上的關(guān)節(jié)骨彎曲柔軟的手指與3D打印的手掌相連

與市場(chǎng)上的大多數(shù)神經(jīng)假體不同，EcoFlex使用一個(gè)簡(jiǎn)單的氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)精確地給手指充氣，這樣它們就可以在特定的位置彎曲或伸直。

氣動(dòng)系統(tǒng)包括一個(gè)小型氣泵和一個(gè)閥門(mén)，可以佩戴在腰部，有效減輕假體本身的重量。

麻省理工學(xué)院博士后邵婷林開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，將手指彎曲的程度與氣泵施加的相應(yīng)力聯(lián)系起來(lái)利用這個(gè)模型，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)控制器，可以引導(dǎo)氣動(dòng)系統(tǒng)給手指充氣，從而實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的抓握動(dòng)作，比如將兩三個(gè)手指捏在一起，握拳，握手等

志愿者試圖控制假拳頭

當(dāng)人們想做某事時(shí)，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)來(lái)控制肌肉該團(tuán)隊(duì)使用現(xiàn)有算法解碼肌電圖信號(hào)，并將其與常見(jiàn)的抓握類(lèi)型相關(guān)聯(lián)氣動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)連接到截肢者肢體的肌電圖傳感器接收該信號(hào)，并相應(yīng)地控制神經(jīng)假體

例如，當(dāng)截肢者想象自己拿著酒杯時(shí)，傳感器會(huì)接收到它的肌電圖信號(hào)，然后控制器會(huì)將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的壓力值根據(jù)這些壓力值，氣泵會(huì)使每個(gè)手指關(guān)節(jié)相應(yīng)地?cái)U(kuò)張和彎曲，從而實(shí)現(xiàn)截肢者所期望的抓握動(dòng)作

光抓是不夠的研究人員希望給出EcoFlex觸覺(jué)反饋，這在大多數(shù)商業(yè)神經(jīng)假體中是沒(méi)有的

為此，他們?cè)诿總€(gè)指尖上安裝了一個(gè)壓力傳感器，當(dāng)他們觸摸或擠壓傳感器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與他們感受到的壓力成比例的電信號(hào)每個(gè)傳感器都連接到截肢者殘肢的特定位置例如，當(dāng)按壓假體的拇指時(shí)，截肢者可以感覺(jué)到代表拇指的位置的刺激

03.只需要15分鐘的訓(xùn)練，就可以使用志愿者，甚至殺貓

為了測(cè)試EcoFlex，研究人員招募了兩名上肢截肢的志愿者經(jīng)過(guò)15分鐘的訓(xùn)練，志愿者被要求參加一系列標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試這些測(cè)試任務(wù)包括下棋，翻頁(yè)，寫(xiě)字，舉起沉重的球體，撿起地上的草莓和面包等

研究人員還讓志愿者用市面上的硬材料制成的仿生手做了同樣的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)EcoFlex在大多數(shù)任務(wù)上與這些傳統(tǒng)的仿生手相當(dāng)，甚至在某些任務(wù)上表現(xiàn)更好。

使用EcoFlex后，志愿者可以在日常生活中輕松使用，比如吃餅干，蛋糕，蘋(píng)果等食物，使用筆記本電腦，瓶子，錘子，鉗子等工具，甚至握手和舔貓。

志愿者在殺貓

在另一項(xiàng)測(cè)試中，研究人員被他們的志愿者弄瞎了眼睛

者的眼鏡，發(fā)現(xiàn)他們可以辨別出來(lái)研究人員是在戳他們的假手指還是在撫摸他們的假手指研究者還發(fā)現(xiàn)他們能夠感覺(jué)到放置在假手中不同大小的瓶子的區(qū)別

這些試驗(yàn)表明截肢者可以利用 EcoFlex 重新獲得某種形式上的觸覺(jué)，也能利用 EcoFlex 來(lái)控制物體。

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)通過(guò)麻省理工學(xué)院為該設(shè)計(jì)申請(qǐng)了專(zhuān)利，并在努力改進(jìn)其傳感和運(yùn)動(dòng)范圍我們現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)的抓我類(lèi)型還是太少，接下來(lái)將通過(guò)更好的解碼技術(shù)，更高密度的肌電陣列和可以戴在手腕上的更緊湊的氣泵來(lái)改進(jìn) EcoFlex我們還想做出可批量生產(chǎn)的設(shè)計(jì)，這樣我們就可以利用這一技術(shù)造福社會(huì)Xuanhe Zhao 說(shuō)

04.結(jié)語(yǔ):EcoFlex 讓普通家庭也能用得起神經(jīng)假肢

能夠讓使用者通過(guò)肌肉信號(hào)控制的假肢早已不是什么新鮮的東西，但是傳統(tǒng)的神經(jīng)假肢往往笨重且昂貴，遠(yuǎn)不是普通家庭能夠承受的起的。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院與上海交通大學(xué)的研究者讓神經(jīng)假肢更加輕便靈活的同時(shí)，還大大降低了其成本，使其成本僅有 3 千余元，讓低收入家庭也能用得起神經(jīng)假肢。