麻省理工上海交大開發低成本軟體假肢 提供即時觸覺控制
麻省理工學院和上海交通大學的工程師們開發了一種假手,它能精確地給單個手指充氣以抓住物體,同時還能為使用者提供觸覺反饋。 麻省理工學院表示,全世界每年有超過500萬例上臂截肢手術。
儘管許多截肢者可能不得不使用靜態的假肢,但最近在鉸接式機器人假肢和感覺反饋方面的進展,使一些設備得以商業化,這些設備可以接收殘餘的肌肉信號並將其轉換成手部動作。 但這種技術可能很重,而且成本很高。
來自麻省理工學院和上海交通大學工程團隊的軟體假肢據說重約半磅(約225克),部件總成本約為500美元,使其有可能更加實惠,也更容易使用。 新系統中的手指是由一種名為EcoFlex市售柔軟彈性材料製成的,其中嵌入了類似骨頭的纖維段。 這些都連接到一個3D列印的支架上,形狀像人類的手掌。
麻省理工學院的裝置沒有安裝電機來控制每個手指模組,而是利用一個小泵和使用者腰部的閥門(以保持假體本身的重量),精確地給手指充氣,形成特定的形狀。 而這個氣動系統是通過連接在使用者肢體上的EMG感測器控制的。 利用計算機建模,研究人員設計了一個控制器,將手指充氣成類似於五種常見的抓握動作,包括捏住、握拳和捏住手掌。
然後用一種將肌肉信號轉換為這種抓握類型的演算法對控制器進行程式設計,以完成常見的任務,如拿酒杯,感測器採集的肌肉信號被控制器轉換為合適的壓力,然後每個手指被泵充氣,以形成所需的抓握形狀。 該團隊還在每個指尖上安裝了一個壓力感測器,然後將它們全部連接到使用者殘肢的特定區域,以提供即時觸覺反饋。
兩名志願者接受了訓練,讓他們在腦海中想像五種常見的抓握方式時收縮手臂上的肌肉,然後負責進行手工力量和靈活性測試,例如堆疊跳棋、用筆寫字、拿起脆弱的物體和舉起重球。 志願者們報告說,麻省理工學院的系統在大多數任務中與市售剛性假肢一樣好,甚至更好。
其中一名志願者在日常使用中有效地展示了該設備,他能夠掌握諸如鎚子和鉗子之類的東西,使用柔軟的假肢吃蛋糕和蘋果等食物,甚至與人握手。 在蒙住眼睛的情況下,志願者還能夠確定哪根手指被研究人員觸摸過,並識別放在手中不同大小的瓶子。
該設計已經申請了專利,並且在潛在的商業化之前繼續改進感感能力和運動範圍。