上海交大研制仿人假肢手 動作靈巧價格低

據目前的殘疾人數據調查表明，我國肢體殘疾患者的數量高達2412萬人，約占總人口數的1.83%，其中截肢患者226萬人。因此，假肢手的研究對于殘疾人能夠進行正常的生活和更好地融入社會非常重要，但是現有的產品化假肢只提供極其簡單的動作，如張開、閉合等，功能過于簡單使肢殘患者寧愿配個美容假肢，具備外表而不具備功能。面對千萬肢體殘疾患者對幸福生活的需要和渴望，上海交大機器人研究所研發了新的仿人假肢手，可復現人手90%左右的動作，通過創新研制的肌電臂帶控制，讓肢殘患者的生活隨心所動。

仿人假肢手既“靈”又“巧”

人手有16個關節，20多個自由度，由34個肌肉組織驅動，是人體運動系統中最重要的執行器，大腦運動皮層30%的區域負責手的控制。為實現人體運動功能再造，首先必須面對的問題就是如何設計仿人假肢手，能否完成殘疾人日常生活的動作，且能夠配合人體意圖解碼。同時仿人假肢手應具備質量輕、功耗低、可靠性高等特性。上海交大機器人研究所研發仿人假肢手，在分析人手常用動作的基礎上，優化設計結構、外形、控制系統，可復現人手90%左右的動作，通過自制的肌電臂帶控制，隨心所動。

據介紹，假肢手可實現多種常用動作，能夠滿足截肢患者的日常需求。例如，患者能夠使用伸食指這個動作來操作計算機鍵盤、撥打電話，或者通過五指抓握可以抓取水杯、錢包等物體。SJT-6重量輕、功能齊全，有望改善截肢患者的康復和生活質量，幫助患者更多地參與到日常活動中，為其打開一片新的天地。

傳統的局部假肢手產品，除了提供美觀功能和簡單動作如張開、閉合外，很難實現日常生活中的動作。上海交通大學設計的SJT-6仿人假肢手具有與人手相似的外形和功能。該仿人假肢手有9個主動自由度，其中手部6個，腕部3個。手部由5個結構相同的手指模塊和擬人手掌構成。假肢手指采用欠驅動機構，即一個主動驅動可實現手指各關節的柔順運動。每個手指只需要一個螺釘就可以將其安裝在手掌上，安裝維修方便快捷。其中大拇指可像人手那樣旋轉到不同位置，加強抓握能力。

另外，內置的失速檢測裝置能感知每個手指是否抓握到物體，手指接觸到物體并施加設定的抓握力后就鎖定位置，從而能抓取不同形狀和尺寸的物體。3自由度擬人手腕，結構緊湊、重量輕、運動靈活，可實現上下切、內外翻和內外旋3類動作，腕部動作大大提升假肢手的操作空間。

神奇的肌電臂環

如此靈巧的手是怎樣獲得大腦對它的控制呢？答案就在胳膊上的一個圓環。SJT-6假肢機械手的動作模式是通過肌電臂環控制，該臂環從人體臂端采集生物電信號，通過分析處理獲知人體意圖，從而實現了機械與人體之間的“接口”。

人們對生物電的了解還比較少，其實小至呼吸，大至奔跑，都伴隨著人體內的電活動。比如，肌肉活動時，神經電信號會傳播到人體皮膚表面，也就是表面肌電信號sEMG（surface ElectroMyoGraphy）。通過采集分析解碼sEMG信號，就能獲取用戶的意圖，進而與外部世界交互。用戶不用實際行動就通過意圖控制外界設備，這能夠很大程度上拓展人類的能力。

目前，sEMG信號的采集大多需要用雙面膠把采集設備粘在皮膚表面，而且信號處理及發射裝置龐大笨重，限制了用戶的移動，很難投入實際使用。上海交通大學——生機電實驗室研發的表面肌電臂環是一種可穿戴的sEMG監測設備，用戶不用精心準備，隨意套在手腕上就能感知肌肉電活動。臂環里面安裝了多通道的肌電電極陣列，集成信號處理系統、電源系統和無線發射系統，通過藍牙與外界設備進行無線通信。戴上肌電臂環，我們可以隨心所欲地操控外接設備，電腦鼠標、小飛機、輪椅、電源開關、PPT、游戲等等都將不是問題。

仿人假肢手價格將下降

目前國內單動作的假肢手（含腕旋轉、肘旋轉）一般為1萬元，算上安裝、康復費用通常為3～5萬。而德國同類的單動作的假肢手安裝、康復費用要達到10萬。而具備仿人特征的多模式動作假肢手，安裝、康復費用要25～30萬，價格非常昂貴，且動作模式簡單，采用雙肌電信號控制，仍只能做有限的動作。

據介紹，上海交大的仿人假肢手已在假肢手欠驅設計、生物信號采集及處理方法等方面申請專利十余項，部分專利技術已開展應用合作，并在6個肢殘患者上進行了功能測試，該生機電仿人機械手在操作靈便性、解碼準確率等指標方面達到國際先進水平，減少了殘疾人日常生活的不便，極大地提高了其生活質量。

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