有触感的柔性神经假手,仅重292克

麻省理工学院和上海交通大学的研究人员设计了一种低成本的柔性神经假手,在实现精准运动的同时,还可以提供一定的触觉反馈,重量只有292g左右。



对于截肢者来说,使用假肢或许是最有效的恢复生活自理与工作能力的方法之一。根据残肢与假肢接口处的肌肉或神经活动,神经假肢可以识别用户的意图,进而做出相应动作,例如抓取物体。然而,此类设备通常由金属骨架制成,又硬又重,且价格不菲。

近日,麻省理工学院和上海交通大学的研究人员设计了一种低成本的柔性神经假手,在实现精准运动的同时,还可以提供一定的触觉反馈,重量只有292g左右。

假肢手由一个3D打印的手掌和5个充气手指组成。手指内包含充当“骨骼”的纤维段。气动装置为一个小型泵和阀门,可佩戴在腰部。通过气动装置,手指可以非常精确地屈伸。

肌电传感器能感知用户残肢的信号,通过现有算法对肌肉信号进行解码,识别出用户的真实意图,控制器将其转换为相应的压力,再通过泵来施加这些压力,完成抓握动作。目前,该设备包含4种预定的抓取类型和动作,如捏和握拳。

值得一提的是,该设备还可以提供触觉反馈。指尖配有压力传感器,触摸或挤压传感器时,会产生与压力成正比的电信号。这些传感器与残肢相连,用户能够感受到手指上压力的位置与大小。

为了测试设备的性能,研究人员招募了两名上肢截肢的志愿者。在15分钟的培训之后,志愿者们按要求进行了一系列标准化测试,例如叠棋子、翻页、用钢笔书写、拾起易碎物品等。他们还使用市面上已有的刚性假手进行了重复测试。在大多数任务中,柔性假手和刚性假手一样有效。

此外,在蒙住双眼后,志愿者仍能感受到放在手中瓶子的大小,即截肢者可以通过假肢手的触觉反馈获得某种感觉能力和实时控制。

麻省理工学院机械工程系赵选贺教授说:“这款设备目前还不是产品,但它的性能已经和现有的神经假肢接近,甚至有一定优势。制作这种柔性假肢的成本非常低,有望为低收入的截肢者家庭带来福音。”

下一步,研究人员希望通过更好的解码技术、更高密度的肌电阵列和更紧凑的气泵来改进设备,同时丰富抓取类型,并通过批量生产在全世界范围内推广该设备。

观看视频了解这款柔性神经假手的使用效果:

参考资料

https://www.nature.com/articles/s41551-021-00767-0

Gu, G., Zhang, N., Xu, H., Lin, S., Yu, Y., Chai, G., ... & Zhao, X. (2021). A soft neuroprosthetic hand providing simultaneous myoelectric control and tactile feedback. Nature Biomedical Engineering, 1-10.


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