用磁铁和肌肉控制机械手指,能解码运动意图的假肢问世

Talk科普 2024-10-22 11:39:18

前言:最近意大利比萨圣安娜高等学校生物机器人研究所的团队在《科学·机器人》上面发表了一篇文章,说他们开发出了一种新的机械手,能让患者就像运用自己的手那样操控机械手。

而且这个机械手已经在一位患者身上成功进行了测试,有的朋友就说说这假手真的能跟真手一样用吗?

机器人假肢实验

有的朋友说这是不是又是脑机接口?的确,有一些脑机接口就是在患者脑袋里植入电极,可以采集电信号,有的可以分析他想的是什么。

比如说有些脑机接口还可以把这个信号传递给安装的机械手或者其他的机械装置,不能实现像写字像走路等等操作。

但咱们这次还真不是脑机接口,毕竟脑机接口比较复杂,目前植入也有一定的难度和风险,这种新的机械手,如果咱们类比脑机接口的话,这个应该可以叫B机接口。

就是在患者的这个残壁这里安装个插口接口。什么意思呢?截肢的患者虽然失去手了,但是前端残留的这块肌肉还是像以前一样受大脑控制,按照大脑的指令运动。

这些残留肌肉的运动会反映出这个人所谓的叫运动意图,也就是说截肢之前,患者想去抓什么,用手直接就去抓了。

截肢之后再想去抓的时候,手虽然没了,但是残留的肌肉还像原来一样跟着动,这种新的机械手就是通过检测分析这些残留肌肉的运动,把他们的这种运动意图的信号传给机械手,让机械手去执行。

如何操作

具体怎么控制的呢?这个科研团队使用大概几毫米大小的微型磁铁植入截肢手臂的残留肌肉,这肌肉一动,磁铁就跟着动,空间的磁场就会发生变化。

再通过一种特殊的算法,把这种变化转化成对机械手的指令,和脑机接口相比,这个技术更简单也更安全,其实现在这种假肢的研究,也有不少都是想直接能通过残端的肌肉来控制手的各关节运动。

那都是怎么控制的呢?因为你看这里面可以利用的信号来源,就基本上只有肌肉了,所以这里面很大一部分用的是肌肉产生的电信号,我们也叫机电信号。

但利用机电信号这种方式有个缺点,就是很容易受外部信号干扰,曾经做过研究,需要测大鼠的机电信号,难度还真是特别大,干扰很多。

这次说的这个研究,他们用的不是机电信号了,用的另一种方式就是利用肌肉的运动收缩和舒张,肌肉残断的位置就移动了。

但这个其实也有它的难度,就是定量测量难度很大,所以他们用磁铁的这种方式能做成功特别不容易,而且他们这个研究虽然看起来也是机械手,但是和传统的机械手相比也是有很大不同的。

咱们很多朋友看过科幻电影,很多科技馆里面也有相关展示,机械手能远程控制机械手臂进行各种操作,但是传统的机械手一般不是为残障人士设计的,很多是通过按键或者操作控制杆这种进行。

而这个研究就不同了,这个机械手是给残疾人当真手用的,而且不是说我让残疾人通过声控或者其他渠道间接控制,就是像正常的手那样指哪打哪儿,这个就厉害了。

这个科研团队他们也给患者使用假肢测试了六周,患者可以相对自如的拿起或者移动不同形状的东西,比如说能倒水,还能开罐子,用螺丝刀、用刀切拉拉链儿,还能自己控制,还抓住易碎的东西的力度。

科学与技术

这个研究成果应该说是假肢科学领域非常重大的进步,是科学家们为了改变假肢未来发展进行的一项前沿探索,所以科技的发展也为越来越多的残疾人解决了问题。

利用科技帮助残疾人,也希望让他们能和正常人一样,也能正常的生活,甚至将来用这机械手没准也能弹琴,你就像有的运动员用假肢参加正常比赛。

不知道大家还记不记得,2008年北京奥运会有一位叫刀锋战士的运动员,皮斯托瑞斯,一个残疾人没有小腿,残奥会他早就得过冠军了。

2008年的时候,他是用假肢参加正常奥运会,也取得了一定的名次,这个运动员刀锋战士确实非常不容易,但当时也有很多科学家反对他参加正常的这个比赛,为啥呢?这里面确实有一些伦理风险。

你想真要是机械的假肢装置代替人体原有的器官,如果万一他还取得了更好的成绩,说白了那就是人借助机械装置提升成绩,那就有可能会促使一些人往这个方向使劲。

咱们看金庸先生的小说碧血剑,五毒教主何铁手为了练功把手割下去,换个铁钩子,还有很多科幻电影也都是啊有那半机械人把人的一部分换成机器,包括有的人不也是自己牙好好的,不用非要换成金牙吗?

所以其实咱们说很多科学技术都有两面性,用好了造福于人,搞不好就容易出现科学伦理问题,将来如果真是假肢,科学发展的速度特别迅速,造出来的假肢比真的还好用,还有更多功能,可能我们还真得去需要解决一下这些科学伦理问题。

不过话说回来,我们现在相关的技术还没有发展到那个程度,目前也不用担心,所以这个研究对于人类来说,特别是一些特殊群体来说,有着非常重要的意义。

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