- 科技報導
文章專區
2019-08-16擁有觸覺並以大腦控制的機械義肢手臂
452 期
Author 作者
編輯部
【本刊訊】對於失去手臂的截肢患者及身障者而言，使用義肢將能提升其生活品質與便利，但一般的義肢在操作上面臨許多的挑戰。舉例而言，使用者無法精準控制義肢抓握物品的力道，也無法進行更為精細的手部動作。因此，設計出能產生觸覺的義肢是許多生物醫學工程團隊的目標。近日美國猶他大學（University of Utah）的研究團隊，成功研發一款讓使用者能感受到觸覺，同時也可透過大腦進行操作的機械義肢，並發布於《科學機器人》（Science Robotics）期刊。
該實驗的受試者沃格瑪特（Keven Walgamott）在17年前的意外中失去左手手臂，研究團隊為他裝設的機械義肢手臂後，他表示現在不僅可以順利抓握物品，又能感受抓取物品的「感覺」，可輕易控制力道，而這一切都可透過大腦傳輸信號，直接對義肢下指令，猶如正常的手臂。研究人員表示，該義肢可讓使用者感受物件的軟硬程度，藉此控制握取的力道，並且可執行精巧的手部動作，以達到過去傳統的義肢無法完成的目標。
團隊中的克拉克（Gregory Clark）表示，該機械義肢手臂經過長達15年的研究，利用機械馬達與矽作為主要材料，並由外接電池驅動，再以線材連接至電腦進行操作。而義肢的系統能與受試者的神經連結，使大腦的信號傳遞至義肢。研究人員解釋，義肢的系統中包含100個微電極與電線，並與外部的電腦進行連接，透過電腦將機械手臂內部的神經傳遞轉換為數位信號，執行手臂的動作。另外，為了模擬機械手臂抓握物品的力道及方式，克拉克的團隊利用大量的數學運算及記錄來自靈長類的手部脈衝信號，建構出機械手臂與大腦神經傳遞的運算機制，以達成類似真實手臂運作的系統。
目前的機械手臂需透過傳輸線連結電腦，活動範圍受限。因此團隊未來的目標是開發出可隨身攜帶的義肢，透過無線傳輸系統，將不需藉由線材連接至電腦，增加使用者行動與操作的便利性。此外，除了傳遞觸覺的信號，團隊後續將導入感受溫度與痛覺的系統，更貼近真實手臂。克拉克也表示，現階段的機械義肢只涉及手肘以下部位，後續研究將延伸至手肘以上的範圍，造福更多義肢需求使用者。
新聞來源
J. A. George et al., Biomimetic sensory feedback through peripheral nerve stimulation improves dexterous use of a bionic hand, Science Robotics, 2019.