假肢技术正突飞猛进。它们正变得计算机化、脑控和感官化。然而，尽管这些仿生肢体非常超前，但用户却常常偏爱更简单的设备，因为那些花哨的设备难以控制，而且提供的反馈不足。
如果你弯曲手腕，即使闭着眼睛，你也能感觉到手腕在哪里以及弯曲的速度。如果你拿着杠铃，你也能感觉到它的重量。而装有假手腕的人却感觉不到这些——相反，她必须时刻盯着自己的假肢，才能看到它在做什么。
“这些感觉正是我们希望重新提供给截肢者，”麻省理工学院假肢制造者休·赫尔（Hugh Herr）说道，他本人就佩戴着两条仿生腿。
赫尔和他的同事认为，先进假肢未能普及的原因之一是，自南北战争以来，截肢手术基本没有变化。在一篇发表在《Science Robotics》杂志上的新论文中，他们测试了一种新的截肢手术，这种手术可能提供对先进假肢更好的控制以及感觉反馈。
典型的截肢手术会直接切断患者的神经和肌肉，留下一些多余的肌肉可以包裹在肢体末端以提供缓冲。由于没有器官可以刺激，被切断的神经会痛苦地肿胀。此外，这种排列方式会削弱肌肉发出的电信号，使得控制那些依赖身体电路的仿生肢体变得困难。
通常，肌肉是成对工作的，做相反的事情。例如，当你弯曲肱二头肌时，你的肱三头肌就会伸展。伸展的肱三头肌会自动向大脑发送信号，告诉你手臂发生了什么。截肢通常会破坏这些肌肉配对，但赫尔认为，重新创建它们可以使控制仿生肢体感觉更自然，并能让用户在不看的情况下感知仿生肢体的位置和运动。（这种感觉称为本体感觉。）
为了验证这个想法，赫尔和他的团队在七只大鼠身上创造了人工肌肉配对。他们取了两块神经被去除的肌肉，将它们连接在一起，然后将它们嫁接到大鼠的腿上。接着，他们取了两根通常用于屈伸腿部肌肉的神经，将其中一根连接到每块肌肉移植物上。之后，当他们刺激其中一块肌肉使其收缩时，测量显示另一块肌肉在伸展时自动向大脑发送了信号。实验表明，这些人工肌肉配对的作用方式与生物配对类似。此外，这些肌肉和神经产生的电信号足够强大，可能用于控制假肢。
对赫尔来说，这些结果意味着人工肌肉配对可以允许信息在假肢和身体之间流动。收缩肌肉产生的电信号可以告诉仿生肢体该做什么，而伸展的肌肉则告诉大脑肢体如何运动，从而产生位置感。来自仿生肢体到肌肉的电刺激可以提供关于肢体位置和感觉的额外反馈。这样，手臂就能告诉你是否有人在握你的假手，或者你手中杠铃的重量。
每一对肌肉只能控制一种运动——例如，在握手时将前臂上下移动。要单独控制每个手指的弯曲或调整手腕，就需要其他的独立肌肉配对。
一些截肢者在残肢中可能仍然保留着一些天然的肌肉配对。对于其他人来说，可以通过从身体其他部位取肌肉并将其嫁接到假肢附着点来重建配对，就像赫尔的团队在这项研究中所做的那样。而对于计划进行的截肢手术，即将被截除的肢体可以作为肌肉和神经的绝佳来源，以帮助重建肌肉配对。
“过去，肢体被截除后就火化了，所有这些宝贵的组织都被浪费掉了，”赫尔说。“即使在我身上——我的两条腿都在膝盖以下截肢，而且我的截肢手术是在30多年前用非常愚蠢的、常规的方式进行的——理论上我们可以对我的肢体进行修复，从我身体的其他部位获取肌肉并创建这些配对。”
事实上，这正是他计划要做的事情。“我们希望迅速将这项技术应用于人类，我个人希望在我的肢体上进行这项手术，”赫尔说。目前他正在对自己的肢体进行成像，制定手术计划，并等待伦理审查委员会的批准，但他认为他“很快”就可以接受手术。
该手术被认为是低风险的，因为它只是重新排列组织。如果手术不成功，结果应该与常规截肢类似。
赫尔表示，另一个优势是该技术通过肌肉向用户的神经提供反馈。“肌肉不介意被合成材料接触，但神经却非常敏感。它们非常不喜欢，最终会排斥。肌肉则不那么敏感。”美国食品药品监督管理局（FDA）已经批准了其他与肌肉相互作用的电子设备，因此该团队在那方面将面临较少的障碍。
如果成功，这种截肢技术将提供更精确的控制和感觉反馈，从而带来更好的反射和更佳的用户体验。
他们仍然需要在人类身上进行测试，但团队希望他们的技术能够帮助仿生肢体感觉和行为更像自然肢体。
赫尔说，其他研究人员将电线植入人体神经，他们必须弄清楚哪些电信号模式可以重现力量、触感、位置和速度的感觉。相比之下，“我们正在利用身体的天然传感器来创造这些感觉。因此，我们有信心，它将能感觉出位置、速度和力量。”
