充气机器人手为患者提供实时触觉控制

智能手柔软而富有弹性，重约半磅。它的成分达到约$ 500 - 重量和更硬的智能四肢相关的材料成本的一小部分。

麻省理工学院(MIT)机械工程和土木与环境工程教授赵宣和表示:“这还不是一个产品，但其性能已经接近或优于现有的神经假肢，这让我们感到兴奋。”“对于那些遭受截肢的低收入家庭来说，这种软假肢的成本非常低，这是有巨大潜力的。”

赵本山和他的同事们发表了他们的日常工作中自然生物医学工程．合著者包括麻省理工学院博士后林少廷、顾国英、朱向阳以及中国上海交通大学的合作者。

大英雄手

该团队柔软的新设计与动画电影《超能陆战队》(Big Hero 6)中的一种充气机器人相似。和这个黏糊糊的机器人一样，该团队的人造手也是由柔软、有弹性的材料制成的——在这个例子中，是商用弹性体EcoFlex。这个假体包括五个气球状的手指，每一个都嵌有纤维节段，类似于实际手指的关节骨。这些弯曲的手指连接着一个3d打印的“手掌”，形状像人手。

研究人员使用简单的气动系统而不是使用安装的电动机控制每个手指，而不是用安装的电动机控制。使用简单的气动系统，精确地膨胀手指并在特定位置弯曲它们。该系统包括小型泵和阀门，可以在腰部佩戴，显着降低了假体的重量。

LIN开发了一种计算机模型，以将手指的所需位置与相应的压力相关联，泵必须申请才能施加到实现该位置。使用此模型，该团队开发了一个控制器，它引导气动系统充气，以模仿五个普通爪子的位置，包括将两个和三个手指夹在一起，制作出色的拳头，并拔枪。

气动系统接收来自EMG传感器的信号 - 即测量由运动神经元产生的控制肌肉的电信号肌电传感器。这些传感器安装在假肢的开幕，它连接到用户的肢体。在这种布置中，传感器可以拿起从残肢信号，例如当被截肢者不可想象握拳如。

然后，该团队使用现有算法“解码”肌肉信号并将它们与常见的掌握类型相关联。它们使用该算法来编程控制器的气动系统。例如，当截肢者想象，例如持有葡萄酒玻璃时，传感器拾取残留的肌肉信号，控制器然后将控制器转化为相应的压力。然后泵将这些压力施加以使每个手指膨胀并产生截肢者的预期掌握。

研究人员在其设计中进一步迈出了一步，致力于实现触觉反馈 - 一种在大多数商业神经调节剂中未结合的特征。为此，它们缝合到每个指尖传感器，压力传感器，当触摸或挤压时产生与所感测压力成比例的电信号。每个传感器在截肢者的剩余肢体上连接到特定位置，因此当预先按下假体的拇指时，用户可以“感觉到”，而不是食指。

良好的触觉

为了测试充气的手，研究人员赢得了两名志愿者，每个志愿者都有高肢截肢。一旦与神经调节剂配套，志愿者就会学会通过反复在他们手臂中的肌肉中反复收缩它，同时想象五个常见的掌握。

完成此15分钟的训练结束后，志愿者被要求执行一些标准化的测试，以证明手动，力量和灵活性。这些任务包括堆叠跳棋，翻页，用钢笔书写，吊装，重型球，并拿起像草莓和面包易碎的物体。他们反复使用更硬，商用仿生手同样的测试，发现充气假肢一样好，甚至更好，在大多数任务相比，它的刚性对应。

一个志愿者还能够直观地在日常活动中直观地使用软假肢，例如吃饼干，蛋糕和苹果等食物，以及处理笔记本电脑，瓶子，锤子和钳子等物体和工具。这志愿者还可以安全地操纵鳞状假肢，例如摇动某人的手，触摸花，宠物猫。

在另一项实验中，研究人员蒙上志愿者的眼睛，发现他能分辨出他们戳和刷的是哪个假手指。他还能“感觉到”放置在假肢手上的不同大小的瓶子，并做出反应举起它们。该团队认为，这些实验是一个有希望的迹象，截肢者可以用充气手重新获得某种形式的感觉和实时控制。

该团队已经通过麻省理工学院(MIT)为这种设计申请了专利，并正在努力改善它的感知能力和运动范围。

“我们现在有四种抓握类型。可以有更多，”赵说。“这种设计还可以改进，有了更好的解码技术、更高密度的肌电阵列，以及可以戴在手腕上的更紧凑的泵。我们还想为大规模生产定制设计，这样我们就可以把软机器人技术转化为造福社会的技术。”

- Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE Media and Technology，cvavra@cfemedia.com．