人類與機(jī)械的結(jié)合作為人們一直以來遙遠(yuǎn)的想像,頻繁出現(xiàn)在科幻電影中,而隨著科技的迭代與進(jìn)步,越來越多的新興科技產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)人們的生活并且改變著人們的生活。
用具有同等能力和效力的人工裝置取代人手是一項長期的挑戰(zhàn)。即使是最先進(jìn)的手部假體,也不能達(dá)到人類手的復(fù)雜性、靈巧性和適應(yīng)性,它們的活動自由度由殘肢殘余肌肉的電信號控制。由于實施的效果不佳,機(jī)械假肢的放棄率仍然很高。
近日,來自意大利理工學(xué)院和意大利國家工傷保險研究所 INAIL 假肢中心的科學(xué)家們報告了一種叫做漢斯的假手——漢斯包含了關(guān)鍵的仿生特性,使得這個假手與人類的手非常相似,甚至能夠恢復(fù)90%以上的上肢截肢患者的功能。這項研究發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人學(xué)》上。
具體來說,漢斯是一種擬人化、多關(guān)節(jié)的上肢假肢系統(tǒng),包括手和手腕,其主要特點是柔軟性和動態(tài)適應(yīng)物體形狀的能力。它與人類的手有著獨特的相似之處,并且直接與患者一起開發(fā),具有的立即實用價值。
漢斯主要由三塊物理部件組成:一個擬人的肌電多關(guān)節(jié)假手,采用基于差動機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)(欠驅(qū)動結(jié)構(gòu)是輸入量少于控制量的典型系統(tǒng));被動屈伸手腕模塊;肌電接口 / 控制器,包括兩個表面肌電傳感器、電池組和控制電子元件。
三塊組成部分互相作用,在靜止?fàn)顟B(tài)下,漢尼斯的手指也能自然彎曲和定位,特別是拇指能在三個位置上,進(jìn)行各種不同的抓握方式,如用于拾取小物件的精細(xì)抓握,用于抓取薄物的橫向抓握,以及抓取重物類的動力抓握。整體抓握效率較高,手腕還可實現(xiàn)內(nèi)旋和后仰,類似于擰鑰匙的轉(zhuǎn)動運(yùn)動,此外還能實現(xiàn)不同方向上抓握。
漢斯和人手的最大差異主要在中指,差值為 4.8%。而除遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)外,漢尼斯的所有手指自由度均已實現(xiàn)。此外,漢斯重量為 450 克左右,尺寸和成年人手掌平均大小相當(dāng),有分別適用于“左撇子”和“右撇子”的款式,男女皆可使用。
為了評估漢斯的有效性和可用性,研究人員對截肢患者進(jìn)行了初步試驗,結(jié)果顯示,經(jīng)過不到一周的訓(xùn)練期,患者已可以自主地使用漢斯進(jìn)行日常生活的活動。顯然,漢斯與現(xiàn)有研究和其他商業(yè)設(shè)備相比性能有所改善,這可視為殘疾患者的一大福音,但在具體商業(yè)化前,仍需更多研究。
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