植入式仿生手，真正的人机融合｜CyberDaily

封面：由DALL-E3生成

CyberDaily：

区别于穿戴式的仿生手

这一款仿生手是与残肢部分融合起来

人的大脑控制、AI算法驱动、自然触感和灵活的关节

让患者可以感知物体，自然活动

就像科幻电影里的半机械人，但现在他走入现实

这些“勇士”们，正在塑造赛博格的身份。

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不管何种原因，失去自然手臂是一件令人不幸和不方便的事情，有些人也因此丧失了生活的热情。尽管一些传统的机械臂假肢在恢复截肢者的感知和运动功能方面有一定的恢复作用，但是依然让人很难自然地控制与感知。最近，一项临床研究实现了截肢者神经系统与机器人手的直接连接，使截肢者得以恢复手部感知功能。

近日，瑞典查尔默斯工学院的研究团队在《科学》杂志上发表临床试验结果，他们首次实现了截肢者神经系统与多自由度机器人手的直接连接，使一名女性上肢截肢者恢复了对假肢的控制能力和触觉反馈。这项研究至少实现了两个突破:

第一，研究人员通过一个骨骼锚定的装置，实现了假肢与截肢残肢骨骼的直接连接。这克服了假肢压迫残肢组织导致不适的问题，也提高了力量传递效率。

第二，研究人员在残肢处植入神经肌肉接口，通过电极直接采集神经肌肉活动信号，并刺激感觉神经传递触觉反馈。这种直接植入式接口质量更高，稳定性更强，是实现自然控制的关键。

来自芬兰的Karin女士，这位勇敢的“赛博格”，成为首位植入革命性仿生手的患者，20多年前，Karin在一次农场事故中失去了右手肘部以下的手臂。事后，她经历了难以忍受的“幻肢”疼痛，尽管市面上有许多假肢，但她发现传统假肢不舒适且难以操控。

在试验中，研究人员首先为其植入了一个骨锚定的机械接口，该接口直接固定在残肢的桡骨和尺骨上。然后，通过一个永久性的皮肤开口，该接口的电线延伸到皮肤外，从而连接上机械手臂。这种骨锚定方式克服了传统假肢所面临的接口连接不稳定的问题，并能更好地传递截肢者对假肢的控制力。

与此同时，研究人员还在这位志愿者的残肢神经中植入了感知和运动神经接口。这些接口通过连接在骨骼接口上的电线，建立了双向通信：一方面采集残肢肌肉的生物电信号控制假肢运动，另一方面刺激感觉神经向大脑传递手部触觉反馈。

植入手术后，志愿者可以使用肌电信号直接控制机械手开合。此外，研究人员还可以通过植入的神经接口，向志愿者截肢处残余的正中神经传递电刺激，从而在她的幻肢中诱发出手掌和手指被触碰的感觉。在一项测试中，Karin能够使用新的仿生手完成一些细致操作，比如从桌面上捡起个别硬币。这款仿生手恢复了基本的触觉，如果她用仿生拇指和食指捏住一个物体，通过AI系统向她的神经系统反馈的信息，她可以感受到它的硬软程度。这种感觉反馈是连续可感知的，表明神经系统接口的稳定性。

与仅依靠皮肤表面电极的传统假肢相比，志愿者使用新型假肢后，日常生活功能得到明显提高，包括切水果、提物、收纳行李等方面。此外，她的生活质量也得到改善，疼痛感知减轻。

该研究证明，通过直接连接假肢和人体残肢的神经系统，可以实现对假肢精细、稳定的控制，并恢复假肢触觉反馈。尽管植入手术存在一定风险，但这种高度集成的神经肌肉接口为截肢者提供了一个前所未有的与假肢连接的解决方案。随着相关技术的进一步成熟，这种直接的人机交互模式有望大幅提高截肢者的生活质量，并为他们提供更自然的使用体验。

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参考引用资料

[1]https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adf7360

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