文/陈根
人类与机械的结合作为人们一直以来遥远的想像,频繁出现在科幻电影中,而随着科技的迭代与进步,越来越多的新兴科技产品已经走进人们的生活并且改变着人们的生活。
用具有同等能力和效力的人工装置取代人手是一项长期的挑战。即使是最先进的手部假体,也不能达到人类手的复杂性、灵巧性和适应性,它们的活动自由度由残肢残余肌肉的电信号控制。由于实施的效果不佳,机械假肢的放弃率仍然很高。
近日,来自意大利理工学院和意大利国家工伤保险研究所 INAIL 假肢中心的科学家们报告了一种叫做汉斯的假手——汉斯包含了关键的仿生特性,使得这个假手与人类的手非常相似,甚至能够恢复90%以上的上肢截肢患者的功能。这项研究发表在《科学机器人学》上。
具体来说,汉斯是一种拟人化、多关节的上肢假肢系统,包括手和手腕,其主要特点是柔软性和动态适应物体形状的能力。它与人类的手有着独特的相似之处,并且直接与患者一起开发,具有的立即实用价值。
汉斯主要由三块物理部件组成:一个拟人的肌电多关节假手,采用基于差动机构的欠驱动结构(欠驱动结构是输入量少于控制量的典型系统);被动屈伸手腕模块;肌电接口 / 控制器,包括两个表面肌电传感器、电池组和控制电子元件。
三块组成部分互相作用,在静止状态下,汉尼斯的手指也能自然弯曲和定位,特别是拇指能在三个位置上,进行各种不同的抓握方式,如用于拾取小物件的精细抓握,用于抓取薄物的横向抓握,以及抓取重物类的动力抓握。整体抓握效率较高,手腕还可实现内旋和后仰,类似于拧钥匙的转动运动,此外还能实现不同方向上抓握。
汉斯和人手的最大差异主要在中指,差值为 4．8%。而除远端指间关节外,汉尼斯的所有手指自由度均已实现。此外,汉斯重量为 450 克左右,尺寸和成年人手掌平均大小相当,有分别适用于“左撇子”和“右撇子”的款式,男女皆可使用。
为了评估汉斯的有效性和可用性,研究人员对截肢患者进行了初步试验,结果显示,经过不到一周的训练期,患者已可以自主地使用汉斯进行日常生活的活动。显然,汉斯与现有研究和其他商业设备相比性能有所改善,这可视为残疾患者的一大福音,但在具体商业化前,仍需更多研究。
