義肢手確切知道能安全握緊物品的力度

約翰霍普金斯大學的研究人員發明了更好的義手

約翰霍普金斯大學的研究人員設計了一種更好的義手，這種義手採用了混合設計，可以用適當的壓力小心地抓住各種物品。

這個機械手臂結合了堅硬和柔軟的部件，模仿人類手的自然結構，並配備了一系列感應器和系統，能夠將反饋傳遞給使用者的神經。在實驗中，它成功地抓取和操作了15種不同的物品，包括精緻的玩具、紙箱、鳳梨、金屬水瓶，甚至是一個裝滿水的脆弱塑膠杯，且沒有凹陷或損壞它們。

生物醫學工程博士生Sriramana Sankar解釋說：「我們希望讓失去上肢的人能夠安全和自由地與環境互動，感受到並握住他們所愛的人，而不必擔心會傷害到他們。」Sankar在本週發表的《科學進展》期刊上發表了這些研究結果。

義手的設計和功能

這個義手非常像人類的手，擁有五根靈活的手指，使用類似橡膠的柔軟聚合物製成，並有一個堅硬的3D列印骨架。三層仿生觸覺感應器使它能夠正確地抓取和區分各種物品。手指內有充氣的關節，可以用前臂的肌肉來控制。

Sankar表示：「手指的感覺信息被轉換成神經的語言，通過電刺激提供自然的感覺反饋。」這得益於機器學習算法，這些算法在信號被傳回使用者的神經之前，會集中處理來自感應器的信號，這與其他義肢類似。

這些信號連接了大腦和神經，使手能夠對觸碰的物體做出反應。這個系統使得這個機械手的使用更加直觀，與真實的手相比，這個義手的表現更接近。

如何控制這個義手

目前，這個機械手可以使用肌電圖（EMG）信號來控制，這些信號通常由失去上肢的人用來控制肌電義手。一個名為Myo Armband的150美元手勢控制裝置可以捕捉並分類EMG信號，然後將手的位置發送到Arduino微控制器，以驅動機械手的氣動操作。

研究主管Nitish Thakor說：「如果你正在拿著一杯咖啡，你怎麼知道你快要掉了？」他解釋說，手掌和指尖會向大腦發送信號，告訴它杯子正在滑落。我們的系統受到神經的啟發，模擬手的觸覺感受器，產生類似神經的訊息，讓義肢的「大腦」或計算機能夠理解物體的熱度、軟硬程度或是否從抓握中滑落。

未來的發展

這比我們之前看到的義肢技術更進一步。去年，意大利的科學家展示了一種方法，可以檢測義手接觸物體的溫度。而在2021年，麻省理工學院（MIT）和上海交通大學的聯合項目展示了一種義手，可以精確地充氣柔軟的手指，以抓取物體並提供觸覺反饋。

這個新義手可以為截肢者解鎖更精確、自然的義肢，並且能夠為人形機器人提供更大的靈活性，讓它們能夠處理家庭中的精緻物品，還有在生產線上組裝更多的機器人。

研究團隊將繼續開發這個裝置，探索增加更強的抓握力、更多的感應器和更高品質的材料。

來源：約翰霍普金斯大學