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拉拉链、倒果汁、撸猫,充气假肢让截肢者重获实时触觉

充气假肢

如今,商业化的神经义肢越来越受人们青睐,这类铰接式的仿生肢体可以感知用户残余的肌肉信号,并自动模仿使用者预期的动作。不过,高科技且灵活的神经义肢往往造价昂贵、又重又硬。

近日,麻省理工学院(MIT)和上海交通大学的工程师们共同设计了一种柔软、轻便而且成本较低的神经假肢。经测试,佩戴此款义肢的截肢者不仅可以顺利完成拉拉链、倒果汁及撸猫等日常活动,效果也可媲美刚性神经义肢,甚至更好。此外,研究人员还发现,有触觉反馈系统的假肢或许可以帮助截肢者恢复残肢的一些原始感觉。

这只灵巧的义手柔软而有弹性,重约半磅,所有部件花费大约500美元。它的外形与动画电影《超能陆战队》中的充气机器人惊人地相似,制作材料是一种被称为EcoFlex的柔软弹性材料。义手的五个手指和3D打印的手掌连接在一起,其中每根手指都嵌有类似人类关节骨的纤维节段。和大多数神经义肢使用电机来驱动手指不同,研究人员使用了一个简单的气动系统为手指充气,并使手指在特定的位置弯曲。这种由小泵和阀门构成的气动系统可以佩戴在腰部,大大减轻了假体的重量。

研究人员还开发了一个计算机模型,将手指所需的位置与泵需要施加的相应压力相关联。利用该模型,他们开发了充气系统的控制器,可模拟五种常见的握法。例如,当截肢者想象拿着酒杯时,传感器会提取肌肉信号,然后控制器将其转化为相应的压力。接着,泵施加压力,为每个手指充气,产生截肢者想要的抓力。

实验中,研究人员还惊讶地发现,佩戴新型义肢可为截肢者恢复残肢的一些知觉,并赋予他们实时控制能力。佩戴者能“感觉到”放置在假肢上的大小不同的物体,并做出反应,举起它们。

“虽然还没有正式生产,但新型义肢的性能已经接近甚至超过现有的神经义肢。对此我们很兴奋。”麻省理工学院机械工程及土木与环境工程教授赵宣和(音译)说,“对遭遇截肢的低收入家庭来说,这种假肢的成本极低,潜力巨大。”

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编译:橘子审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《自然・生物医学工程》

期刊编号:2157-846X

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210816125700.htm

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