仿生手隨心而動(dòng) 肢殘人士重“掌”人生

洪恒飛 江耘

傳統(tǒng)的功能性義肢需要通過物理按鍵或搖晃等方式，才可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的手勢(shì)切換。近年來，腦機(jī)接口、人工智能等前沿技術(shù)不斷發(fā)展，在殘障人士輔助器具領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

用腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)仿生手的控制

以往，肌電仿生手產(chǎn)品主要靠感應(yīng)手臂兩側(cè)屈肌和伸肌肌電信號(hào)，映射至機(jī)械臂完成動(dòng)作，對(duì)大腦行動(dòng)想法的呈現(xiàn)和執(zhí)行依然有限。

“不妨將大腦發(fā)出動(dòng)作指令到肢體動(dòng)作完成的過程理解為撥電話，殘肢則是被切斷的電話線，信號(hào)匯集在那，只是暫時(shí)無法輸出。”哈佛大學(xué)腦科學(xué)中心博士韓璧丞認(rèn)為，智能仿生手的變革之處在于應(yīng)用腦機(jī)接口技術(shù)，將“電話線”切斷處的神經(jīng)信號(hào)更精細(xì)化處理后再傳遞出去。

“腦電信號(hào)強(qiáng)度為幾十微伏，比肌電信號(hào)更弱，相當(dāng)于一節(jié)5號(hào)電池電流強(qiáng)度的百萬分之一?！表n璧丞表示，為了捕獲極其微弱的腦電信號(hào)，其團(tuán)隊(duì)通過革新電極材料，制成采集腦電信號(hào)的傳感器，實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的大規(guī)模精準(zhǔn)采集，建立起了龐大的腦電及肌電神經(jīng)電數(shù)據(jù)庫(kù)。他們基于此研發(fā)出的智能仿生手，可采集殘肢的肌電神經(jīng)電信號(hào)，再經(jīng)過深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法還原大腦中的動(dòng)作意圖。

完善智能仿生手功能，讓它更似人手

輕輕拿起一個(gè)雞蛋，既不讓雞蛋脫手，也不會(huì)用力過猛將其捏碎。這對(duì)常人來說，是毫不費(fèi)力的事情。但對(duì)仿生手而言，從生理信號(hào)采集識(shí)別，到產(chǎn)品材質(zhì)、構(gòu)造，都需要經(jīng)過縝密設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

“仿生手內(nèi)置的肌電感應(yīng)傳感器與算法處理單元負(fù)責(zé)獲取動(dòng)作意圖，具體實(shí)現(xiàn)有賴于靈活的手指關(guān)節(jié)保障驅(qū)動(dòng)自由度?！斌w驗(yàn)官古月介紹，自己佩戴仿生手一年多，不僅能完成拿雞蛋、擰瓶蓋、系鞋帶等日常動(dòng)作，還能完成跳繩、攀巖這類劇烈運(yùn)動(dòng)，比個(gè)“OK”也不在話下。

現(xiàn)有的商業(yè)智能仿生手雖然取得了很大的進(jìn)步，但仍存在對(duì)環(huán)境情況感知不夠、小臂處構(gòu)造僵硬、生物感不強(qiáng)等問題。此外，智能仿生手的應(yīng)用尚難擺脫肌電信號(hào)控制，因此對(duì)高位截癱和肌肉損傷患者無能為力。

為此，浙江大學(xué)寧波研究院夏慶華團(tuán)隊(duì)開發(fā)出表面覆蓋有柔性多維感知傳感器陣列的智能軟體仿生手，用于感知外部壓力、溫度、濕度，并據(jù)此調(diào)節(jié)仿生手的狀態(tài)。在接觸到結(jié)構(gòu)較硬或較軟的物體時(shí)，仿生手自身剛度也隨之調(diào)整。