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并非梦想 截肢者能用假手弹钢琴

更新时间:2018/1/1 10:39:06 来源:本站原创 作者:佚名

《星球大战》中卢克.天行者的仿生手即将在地球上成为现实。近日,佐治亚理工学院的科学家们发明了一种超声传感器,被截肢的人借此能够控制单个的假手指去执行精密动作,这是当前的商业假肢所无法企及的。

首个使用这种假肢的人是位音乐家,他在五年前失去了部分右臂。但现在他已经能够用假手弹钢琴,甚至还能演奏《星球大战》的主题曲。

“我们的仿生手臂由超声波信号驱动,”该项目的负责人、佐治亚理工学院音乐科技中心主任温伯格(Gil Weinberg)教授说。“通过这项最新技术,手臂能够探测到使用者想活动哪根手指,即使他没有手指。”

与温伯格合作的音乐家叫巴恩斯(Jason Barnes)。这位28岁的年轻人在2012年的一次事故中触电,医生不得不把他的右臂肘部以下部分截肢。巴恩斯失去了右手和大部分前臂,但在残肢中仍保留有控制手指的肌肉。

巴恩斯的假肢类似市场上多数的同类产品,由连接到他肌肉上的肌电图(EMG)感应器控制。通过按压手臂上的按钮,巴恩斯可以将假手切换到不同模式。每种模式有两个设计好的动作,他通过屈伸或收缩他的前臂肌肉对其进行控制。比如,屈伸能够使大拇指和食指夹紧,收缩则可以握拳。

“EMG感应器并不十分准确,”温伯格说,“虽然它们能够探测到肌肉的运动,但由于信号过于嘈杂,所以无法确定使用者想要动动哪根手指。我们曾努力尝试改进巴恩斯的EMG探测模式,但仍无法做到对单个手指的控制。”

但是,研究者们想到了超声波机器。他们与佐治亚理工学院的另两位教授展开合作,在巴恩斯的手臂上装了个超声波探头,就是医生用来观察子宫中的胎儿的那种探头。通过这个探头,他们就能观察到巴恩斯的肌肉运动模式。

“那一刻令我们感到兴奋,” 温伯格说。

当巴恩斯试图动一下假无名指时,其肌肉的运动不同于操纵其它任何手指的运动。该团队将每一种独特的肌肉运动模式都写入计算程序中,这样程序就能够迅速确认巴恩斯想要控制哪根手指。超声波信号和机器学习可以探测到每根手指的连续的、实时的动作,以及巴恩斯想要用多大的力量。

“这实在是令人非常震惊,” 巴恩斯说。“我能够用这个假手握住任何想握的东西,而且是即时的,不用转换模式或按压按钮。我从没想过我们能做到这一点。”

这是温伯格的实验室为巴恩斯做的第二个假肢了。巴恩斯喜欢鼓,所以该团队在2014年给他安装了带有两个鼓槌的假肢。他控制其中一个鼓槌,另一鼓槌则跟随音乐自行即兴演奏。

假肢让他有机会重新开始打鼓。机器鼓槌击鼓的速度能够超过世界上的任何鼓手。这一发明引起了全世界的关注,巴恩斯和温伯格的机器手在四大洲都参加过音乐会,甚至在华盛顿DC的肯尼迪中心都进行过演出。

这次成功促使温伯格向前迈进了一步,他新发明的假肢让巴恩斯又找回了曾经失去五年的手指的灵活性。

“如果这种假手臂能够演奏音乐,比如进行钢琴弹奏这种微妙而富有表现力的动作,那么这项技术就能够用于进行其它多种精细的活动,比如洗澡、梳头、吃饭等,” 温伯格说。“我同样也能预见到,拥有完整肢体的人,仅仅通过动一下自己的手指,就可以遥控机器手臂和机器手。”

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