从搬砖砌石到刷微信微博,我们都离不开双手,它是我们感知和触碰世界的重要媒介。据统计,中国有约2700万肢体残疾人群。如果有一种科幻电影里那种宛如自己身体一部分的智能手臂,应该会造福很多身体残疾的人。
那么,电影中的那种智能手离我们还有多远?
目前市面上常见的有装饰手,索控式假肢,肌电手,还有比较接近电影效果的仿生智能手。
近年来随着计算机技术和人体运动学、生物力学、肌动学等科学技术理论进一步结合,假肢行业的技术也得到了前所未有的进步。在实验室里通过脑电波控制假肢的新科技也已经出现。
但目前市场上装配使用的肌电手大部分都只具备三或五个功能手指,仅可以进行简单的抓握操作。
01 肌电手
在肌电信号的帮助下可以控制肌电手。当肌肉在收缩的时候,皮肤表面会产生微小的电势差,紧贴在皮肤上的灵敏电极能够感知电势的变化,将信号传递至电子控制单元,电子控制单元给马达输出信号,根据信号情况控制手头的打开和闭合。这样通过肌肉的收缩实现打开和闭合肌电手的功能。
基础型肌电手具有重量轻、握力大、开合速度快等性能。一般患者通过康复训练之后,可以轻松的驾驭上肢假肢,正确的抓握物体,对日常生活产生很大的帮助
但这和大部分人想象的精巧还是有一定的差距。
02 仿生智能手
想更加接近行动自如的电影效果,就需要仿生智能手。一种拟人化、多关节的手部假肢,有动态适应抓取不同形状物体的能力。
即使前臂发生截肢,仍然可以幻想着去张开、闭合并旋转他们的手,这种想象可以帮助残肢上的残余肌肉发挥功能。安装在前臂位置的电极可以接收来自残肢发出的肌电信号并将这些信号直接转化为假手的动作模式。
智能手主要由三个相互作用的部分构成:包括一个肌电多关节假肢手、一个屈曲手腕模块以及一个肌电系统控制器。其中,肌电系统内包括两个表面肌电图传感器、电池组和控制电子设备。甚至每个手指通过独立电机控制,更加自然协调的控制手,抓握速度、力度可控,自然进行精细的拿捏操作等。
经过训练后,患者基本可以控制自如,辅助健康手做一只手没办法完成的事情,如洗脸、拧干毛巾、穿衣服、系鞋带等。在生活中不断地学习和锻炼,就能进一步发挥它最大的功能。
03 如何装配
由于此类假肢是利用采集残肢的肌肉活动产生的肌电信号作为控制源,因而残肢的肌体必须具备以下两个基本条件才能安装肌电假肢:
1.肌电信号要足够大,能够被传感器正常捕捉;
2.作为信号源的残肢肌肉,能在截肢者的意图下产生正确的肌电信号。
截肢后经常活动残肢,或者有意识地锻炼残肢的肌肉力量,对肌体的的信号感应度会比较强。因此要安装智能肌电手前应有意识的锻炼下残肢肌体的肌肉,另外加强残肢肌体锻炼能有效避免残肢的废用性萎缩和关节僵直。
通过锻炼和康复,大部分患者都可以将仿生智能手操控自如。
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