CCI创新周讯 | 克利夫兰诊所发布仿生手臂新进展

克利夫兰诊所的研究人员表示，他们已经开发出一种仿生系统，该系统在为上肢截肢患者恢复自然手臂功能方面迈出了一大步。

通常，上肢截肢者在使用假肢时需要通过视线的直接关注和反馈来调整辅具使用时的抓握力。但克利夫兰诊所表示，患者在使用新研发的这款仿生手臂系统时则避免了这一个问题，从而更加省力，并有一个更容易的学习曲线。

首席研究员保罗·马拉斯科在新闻发布会上说：“最让我们兴奋的是，他们在使用时做出判断、决定、计算和调整时就像一个没有截肢的人一样” ，“有了这款新的仿生肢体，患者活动时就像他们有一只自然的手一样。通常，这类相关的大脑行为在有和没有上肢假肢的人之间是非常不同的。”

该仿生系统将神经-机器接口（neural-machine interface）与三个关键功能相结合：直觉运动控制、触摸和抓握运动知觉——这些人们在张开和握紧手部时最直观的感觉。这里，一个双向的神经-机器接口功能让患者可以通过利用从大脑到假肢的神经脉冲来控制假肢，同时，将反馈信号沿着神经发送回大脑。

“我们把一个标准化的假肢通过这个复杂的仿生系统进行改造，从而使得佩戴者能够更直观地使用他们的假肢，并同时感受到假肢上触觉和运动的感觉。” 勒纳研究所生物医学工程系仿生集成实验室负责人、神经科学家兼副教授马拉斯科说。

克利夫兰诊所表示，这是第一次在神经-机器接口技术中同时测试所有三种感觉和运动知觉功能。

两名患者在接受目标感觉和运动神经分布重建手术后对该仿生假肢进行了测试，该手术将他们的上肢神经与神经-机器接口进行了连接。在目标感觉神经分布重建中，一些小型机器人可以通过触摸皮肤，激活感觉感受器，从而让患者能感受到触摸的感觉。在目标运动神经分布重建中，经过神经重建的肌肉通过传递肢体运动的意图来控制智能化的假肢，而那些小型机器人通过振动这些肌肉中的动觉感受器来传递手部和手臂运动的感觉。

由于目前实验规模较小，因此该仿生系统还需要进行更多的研究和测试。但马拉斯科表示，该技术将来可能“为假肢佩戴者提供新的无缝重新融入日常生活的可能。”

研究人员表示，该团队对于大脑行为和功能的研究也将有可能在其他上肢假肢或感觉和运动缺陷上开展应用。

该项研究由克利夫兰诊所领导，其中包括阿尔伯塔大学和新布伦瑞克大学的参与合作。另外，该研究的部分资助来源于美国国防部的国防高级研究计划局 (DARPA) 。

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医疗/康复机器人作为机器人技术特定应用，越来越受到关注；通过机器人技术来更加直接地服务于人们生活、提升其生活品质，在当前技术日趋成熟、跨学科研究进一步深入的背景下，机器人技术的广泛应用越来越被人们所期待。本报道所提到的仿生假肢系统，属于康复辅助机器人的范畴，然而目前此类机器人往往采用较为简单、预定化的操作模式，缺乏目标主体（人）主动式参与即人机协同模式。近年来，神经工程和脑机接口技术的快速发展为更多涉及人机交互需求的机器人应用提供了有力的工具，通过对神经信号的实时采集与分析，甚至重建神经通路，已经使得人机协同模式成为可能。

对于未来人机混合的模式，不管是人工智能还是机器人技术，本质是为了给人类赋能，当前，我们其实已经有了一些人机共融的体验，比如，一些可穿戴设备，他们能够辅助我们的生活，并带来很多智能化与源于数据分析方面的助益。目前的部分智能设备，可能会逐步融合为特定人群的机体的一部分，像本报道中提到的新型仿生手臂，它不光是外接了一个可以使用的设备，其更重要的贡献是实现了外部物理设备与人类机体的双向互动，这里的“仿生”更多地可以理解为让机体本身进一步将仿体融为一体。

本期策划：沈雳

责任编辑：陈宝麟

本文作者：齐鹏

后期制作：凌武娟