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电动义肢臂可以感应触摸随心所欲移动仲维军

2022年06月28日

电动义肢臂可以感应触摸，随心所欲移动

凯文·沃尔加莫特对拿起鸡蛋而不将其压碎有很好的“感觉”。

对于几乎所有其他人来说似乎简单的事情，可能是Walgamott的艰巨任务，因为Walgamott在17年前的一次电力事故中失去了左手和胳膊的一部分。

但是他正在测试一种高科技假肢的原型，该假肢不仅可以移动，而且可以随他的思想而移动

多亏了犹他大学的生物医学工程团队，他才能“感觉到”鸡蛋足够好，以至于他的大脑可以告诉义肢不要太紧地挤压。

这是因为由犹他大学生物医学工程副教授格雷戈里·克拉克领导的团队已经开发出一种方法来模仿“ LUKE Arm”人的手通过向大脑发送适当的信号来感觉物体。

他们的发现发表在新论文上，该论文由U生物医学工程学博士生Jacob George，前博士生David Kluger，Clark和其他同事合写在最新版的《科学机器人》杂志上。。

乔治说：“我们改变了将信息发送到大脑的方式，使其与人体匹配。通过与人体匹配，我们可以看到改善的收益。” “我们正在做出更具生物学现实意义的信号。”

这意味着戴着假肢手臂的截肢者可以感觉到柔软或坚硬的物体的触感，更好地理解如何捡起它，并执行精致的任务，而用金属钩或手爪的标准假肢则无法做到这一点。

Walgamott在2017年的临床测试中首次使用LUKE Arm时说：“这几乎让我流泪。这真是太棒了。我从没想过我会再次感觉到那只手。”

来自犹他州西瓦利城的房地产经纪人沃尔加莫特，也是犹他大学的七个测试对象之一，他能够在不压碎葡萄的情况下采摘葡萄，在不破裂的情况下捡起鸡蛋，并以一种激动的方式握住妻子的手手指的感觉与强壮的人相似。

“他想做的第一件事就是戴上结婚戒指。用一只手很难做到。”克拉克说。“这非常令人感动。”

犹他大学生物医学工程博士学位的学生Jacob George和Gregory Clark副教授正在帮助开发一种假肢手臂，该假肢手臂可以通过佩戴者的思想移动，并能感觉到触摸的感觉，从而使拾起和握持物体变得更加容易。

如何完成这些任务是通过一系列复杂的数学计算和建模来完成的。

卢克臂

LUKE Arm的研发已有15年了。手臂本身主要由金属马达和零件制成，并且在手上覆盖有透明的硅“皮”。

它由外部电池供电，并连接到计算机。它是由DEKA Research＆Development Corp.开发的。DEKAResearch＆Development Corp.是由Segway发明家Dean Kamen创立的新罕布什尔州公司。

同时，犹他大学的团队一直在开发一种系统，该系统可以使假肢进入穿戴者的神经，就像将信号传送到手臂的生物线一样。犹他大学生物医学工程系名誉教授理查德·诺曼称之为犹他州倾斜电极阵列的发明，使它得以实现。

阵列是一束由100根微电极和电线组成的束，它们被植入到前臂截肢者的神经中，并连接到体外的计算机。该阵列解释了仍然存在的手臂神经的信号，然后计算机将其转换为告诉手臂运动的数字信号。

但这也可以相反。要执行诸如捡起物体的任务，不仅需要大脑告诉手移动。假手还必须学习如何“感觉”到该物体，以便知道施加了多大的压力，因为您不能仅仅通过看一下就知道这一点。

首先，假肢的手部具有传感器，这些传感器通过Array向神经发送信号，以模仿手抓住某物时的感觉。

但同样重要的是这些信号的发送方式。它涉及了解您的大脑在初次接触某物时如何处理信息转换。第一次接触物体时，一阵冲动使神经向上传导至大脑，然后逐渐减弱。重新创建这是一大步。

克拉克说：“仅仅提供感觉是很重要的，但是发送信息的方式也至关重要，如果使它更具有生物学现实性，大脑会更好地理解它，并且这种感觉的表现也会更好。” 。

犹他大学的生物医学工程师团队正在帮助开发一种适合截肢者的假肢，该假肢可以随人的思想而移动，并通过植入患者肌肉中的一系列电极来感受触摸的感觉。

学分：犹他大学工程学院为了实现这一目标，克拉克的团队使用数学计算以及灵长类动物手臂记录的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

除了创建具有触觉感的LUKE Arm原型之外，整个团队已经在开发一种完全便携式的版本，不需要将其连接到体外的计算机上。取而代之的是，一切都将无线连接，从而为佩戴者提供了完全的自由。

克拉克说，犹他州的倾斜电极阵列还能够向大脑发送信号，而不仅仅是触摸感，例如疼痛和温度，尽管该论文主要解决了触摸问题。

尽管他们的工作目前仅涉及截肢者，但截肢者的手肘肌肉位于肘部下方，但克拉克说，他们的研究也可以应用于那些在肘部上方失去手臂的人。

克拉克希望在2020年或2021年，三个测试对象能够在联邦监管机构批准之前将其带回家使用。

这项研究涉及许多机构，包括美国的神经外科系，物理医学与康复系和骨科，芝加哥大学的生物生物学与解剖学系。

克利夫兰诊所的生物医学工程系以及犹他州的神经技术公司Ripple Neuro LLC和Blackrock Microsystems。该项目由国防高级研究计划局和美国国家科学基金会资助。

“这是一项令人难以置信的跨学科工作，”克拉克说。“如果没有团队中每个人的大力努力，我们就不可能做到这一点。”