能感知触觉的脑控机器人手臂

更接近逼真

丹尼斯·阿博·索伦森九年前在处理烟花时失去了左手。从那时起,他一直使用假肢,但从未用过像这样的。去年,一个欧洲工程师团队为他制造了一个假肢,可以直接连接到他上臂剩余的神经。这意味着假肢能够将触觉信号通过他的手臂传回他的大脑。此外,当索伦森想抓住某物时,他可以通过简单的思考来移动假肢。

“感官反馈太不可思议了,”索伦森在一份声明中说。“当我拿起一个物体时,我能感觉到它是软的还是硬的,圆的还是方的。”

“我能感觉到九年来我一直无法感受到的东西,”他说。

他的“感觉手”假肢是一个实验性原型,因此根据欧洲关于实验性医疗设备的法律,研究人员在佩戴一个月后必须移除植入物。然而,在索伦森佩戴期间,他向研究人员展示了他能够区分瓶子、棒球和橘子,并能以轻、中或重等不同力度按压物体。在完成这些任务时,他戴着眼罩和耳机,以证明他只能通过触觉完成这些任务。

LifeHand 2/Patrizia Tocci

他甚至可以根据需要调整抓握力度,这完全来自于他机械的触觉。该假肢的首席工程师西尔维斯特罗·米塞拉(Silvestro Micera)说:“我们所做的是提供这种触觉信息。这是首次在实时情况下,用于调节抓握过程中的力度。”米塞拉是意大利圣安娜高等艺术学院和瑞士洛桑联邦理工学院的机器人研究员。

该植入物是全球研究人员致力于创造具有自然触感的人工假肢的又一重要步骤。触觉对于许多日常任务至关重要。没有触觉,假肢使用者必须看着他们正在拿取的物体,以帮助他们判断自己是否用力适度——既抓稳了香蕉或咖啡杯,又不会捏得太紧。虽然这样做可行,但这与拥有自然双手的人能够毫不费力地抓住从锤子到鸡蛋的各种物体相比,还相去甚远。

LifeHand 2/Patrizia Tocci

其他研究人员也制造了类似索伦森的实验性“感觉假肢”并在人体上进行了测试。十年前就进行了一项值得注意的实验。外部研究人员表示,索伦森的假肢是又向前迈进了一步。令所有人印象深刻的是:米塞拉和他的团队记录了索伦森能通过触觉完成的细节。这位36岁的丹麦志愿受试者为假肢的研发人员执行了700项单独的任务。

“他们确实展示了这种反馈对用户的重要性,并在某种程度上,在实际使用环境中,证明了神经植入界面的有效性,”凯斯西储大学的生物医学工程师达斯汀·泰勒(Dustin Tyler)说,他曾制造并研究过人体内的“感觉假肢”。

“在我看来,这位志愿者确实为科学做出了巨大贡献,”美国国家神经系统疾病和卒中研究所系统与认知神经科学项目主任达芬·陈(Daofen Chen)说,他并未参与近期的研究。

当然,能够感知触觉的假肢在能够供大多数人使用之前,还有很长的路要走。索伦森的实验性假肢说明了还有哪些工作要做,以及包括米塞拉和泰勒在内的许多研究人员目前正在致力于哪些方面。

该假肢需要外科医生将电极直接植入索伦森的神经。需要对这类电极在体内的寿命进行更多研究。(没有人希望因为“哦,天哪,我的电极又坏了”而不得不接受额外的手术。)此外,还有计算硬件的问题。索伦森的假肢进行了复杂的计算,以将传感器感知到的信息转化为对索伦森的神经和大脑有意义的电信号。因此,该假肢连接到一台笔记本电脑,在连接回他的神经之前运行计算。研究人员正在努力缩小计算机的体积,使其能够直接植入。

米塞拉和他的团队今天在《科学转化医学》杂志上发表了他们关于索伦森植入物的工作

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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