电动假肢可以感知触觉 随着你的思想移动
Keven Walgamott对于捡起鸡蛋没有碾碎它有一种很好的“感觉”。对于几乎所有人来说似乎都很简单的事情可能更像是沃尔加莫特的艰巨任务，他在17年前因电气事故失去了左手和部分手臂。但是他正在用手指测试高科技假肢的原型，这些手臂不仅可以移动，而且可以随着他的想法移动。由于犹他大学的生物医学工程团队，他“感觉”到了鸡蛋的足够好，所以他的大脑可以告诉假肢手不要挤得太厉害。
这是因为由犹他大学生物医学工程副教授Gregory Clark领导的团队为“LUKE Arm”开发了一种方式(以Luke Skywalker在“The Empire Strikes Back”中获得的机器人手牌命名)以模仿方式人手通过向大脑发送适当的信号来感受物体。他们的研究结果发表在由U生物医学工程博士生Jacob George，前博士生David Kluger，Clark和最新一期“ 科学机器人 ”杂志的其他同事共同撰写的新论文中。
“我们改变了将信息发送到大脑的方式，使其与人体相匹配。通过匹配人体，我们能够看到改善的效益，”乔治说。“我们正在制作更具生物学意义的信号。”
这意味着佩戴假肢的截肢者可以感觉到柔软或坚硬的东西，更好地了解如何捡起它，并执行精巧的任务，否则使用金属钩或手爪的标准假肢是不可能完成的。
“这几乎让我流泪，”Walgamott在2017年的临床测试中首次使用LUKE Arm说道。“这真是太神奇了。我从没想过我能再次感受到这种感觉。”
Walgamott是犹他州West Valley City的房地产经纪人，也是犹他大学的七个测试科目之一，能够采摘葡萄而不会碾碎它们，拿起一个鸡蛋而不会破碎它，并握住他妻子的手在手指上类似于身体健壮的人。
“他想做的第一件事就是戴上他的结婚戒指。单手很难做到，”克拉克说。“这非常感人。”
犹他大学生物医学工程博士生雅各布乔治，左，副教授格雷戈里克拉克，正在帮助开发一个假肢，可以通过佩戴者的思想移动，并感受触摸的感觉，使其更容易拿起和保持物体。图片来源：Dan Hixson /犹他大学工程学院
如何完成这些工作是通过一系列复杂的数学计算和建模。
LUKE手臂
LUKE Arm已经开发了大约15年。手臂本身主要由金属马达和手上有明显硅“皮”的部件组成。它由外部电池供电并连接到计算机。它由DEKA研发公司开发，该公司是一家位于新罕布什尔州的公司，由Segway发明家Dean Kamen创立。
与此同时，犹他大学团队一直在开发一种系统，允许假肢进入佩戴者的神经，就像生物线一样，向手臂发送信号以移动。这要归功于犹他大学生物医学工程的一项发明，名誉教授理查德·A·诺曼称为犹他州倾斜电极阵列。阵列是一组100个微电极和电线，植入截肢者的前臂神经并连接到身体外的计算机。该阵列解释来自仍然存在的手臂神经的信号，并且计算机将它们转换成告诉手臂移动的数字信号。
但它也是另一种方式。执行诸如拾取物体之类的任务需要的不仅仅是大脑告诉手移动。假肢手也必须学习如何“感觉”物体，以便知道施加多大的压力，因为你无法通过观察它来解决这个问题。
首先，假肢手上有传感器，通过阵列向神经发送信号，以模仿手抓住东西的感觉。但同样重要的是这些信号是如何发送的。它涉及了解大脑在第一次接触信息时如何处理信息转换。在第一次接触物体时，一阵冲动使神经向大脑运动，然后逐渐减弱。重新创造这是一大步。
“只是提供感觉是一个大问题，但你发送信息的方式也非常重要，如果你让它更具生物学真实性，大脑会更好地理解它，这种感觉的表现也会更好，”克拉克说。 。
为了实现这一目标，Clark的团队使用数学计算以及来自灵长类动物手臂的记录脉冲来创建人类如何接收这些不同信号模式的近似模型。然后将该模型实施到LUKE Arm系统中。
未来研究
除了创建具有触觉的LUKE Arm原型之外，整个团队已经开发出一种完全便携的版本，无需连接到身体外的计算机。相反，一切都将以无线方式连接，为佩戴者提供完全的自由。
克拉克表示，犹他倾斜电极阵列还能够向大脑发送信号，而不仅仅是触觉，如疼痛和温度，尽管该论文主要涉及触摸。虽然他们的工作目前只涉及截肢者肘部以下的肢体，但手部的肌肉位于肘部，Clark说他们的研究也适用于那些在肘部以上失去双臂的人。
克拉克希望，在2020年或2021年，三个测试对象将能够在联邦监管机构批准之前将其放回家使用。
该研究涉及多个机构，包括美国神经外科，物理医学和康复系和骨科，芝加哥大学的有机生物学和解剖学系，克利夫兰诊所的生物医学工程系和犹他州神经科技公司Ripple Neuro。 LLC和Blackrock Microsystems。该项目由国防高级研究计划局和国家科学基金会资助。
“这是一项令人难以置信的跨学科努力，”克拉克说。“如果没有团队中每个人的大力支持，我们就无法做到这一点。”
