义肢

一种新型假手

它比目前市场上的任何假手都更便宜,也更好

义肢的历史相当久远。已知最古老的义肢可以追溯到3000多年前,是一块雕刻过并涂了漆的木头,用以代替一名埃及贵妇人失去的脚趾。不过外形和功能都像真肢体的假肢基本上仍在研发中。中国上海交通大学的一个研究小组最近取得了一项看起来意义重大的进展——一只普通人买得起的假手,不仅能像真手那样响应使用者的大脑发出的信号,还能向大脑发回有关它的动作和物品触感的信号。

谷国迎和他的同事在《自然-生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)上介绍了他们的发明。这只假手的手指由用柔软“关节”连接的硬管组成。这些手指又通过相似的方式连到一个3D打印的塑料手掌上。整只假手上覆盖着一层柔性弹性体,模拟皮肤,并通过定制的塑料接口连接到用户的残肢上。与目前的电动假手不同,谷国迎的气动假手通过装在一个腰包里的气泵驱动,连接气泵与假手的充气线和通讯电线藏在使用者的衣服里面。这将假手的重量减少到300克以下,只有目前一些型号的一半重,实际上比真手还要轻。不过,装有气泵的腰袋还有444克的重量。

这种假手使用的信号处理算法与市场上其他义肢相似。它的重大进步是无需实施侵入性手术或在残肢上植入电子设备就能与使用者的大脑通信。皮肤上的传感器会记录残肢上肌肉的电活动。在健全的手臂上,这些电活动会告诉手臂肌肉要如何运作手部。而在假手上,模式识别软件会解读这些电活动,并向气泵发送适当的命令来以同样的方式移动假手。与此同时,其他信号会沿着相反的方向从手指上的传感器传递到手臂上的神经,然后再传递给大脑,从而产生触觉。结果就是它的反应像一只真手,给用户的感觉也像一只真手。

谷国迎及其同事借用中风和脊髓损伤研究中的一些测试,比较了他们的发明与现有假手的功效。这些测试包括书写、抓取并举起物品、把食物送到嘴里和堆叠棋子。他们发现,通常情况下他们这款假手表现更好,尤其是在抓取易碎物品、抚摸猫和握手等精细动作方面。

谷国迎这项发明的另一个优点是成本低廉。它的部件成本约为500美元。现有假手的售价可能在一万美元以上。如今有500万人存在先天或后天的手部残疾,现有的假手无法让他们的生活获得极大改善。而如果这款假手或类似的型号投产,他们中很多人的生活将有机会发生重大变化。