機器戰警第一步 有觸覺回饋的義肢 數年內可望應用

作者 | 發布日期 2014 年 02 月 10 日 11:26 | 分類 機器人 , 醫療科技
Lifehand 2

「機器戰警」(Robocop) 在現實生活中還只是一個夢想嗎?不再是了,歐洲科學家已成功發展出具有感覺能力的機械義肢「生命之手 2 號」(LifeHand 2),不但能讓穿戴者產生觸覺,辨別物件形狀與軟硬度,還能直接從大腦下令變換手部的動作與握力的輕重。機器戰警出現在現世,已跨出第一步。



「電纜人」丹尼斯重拾左手觸感

「這種感覺實在太奇妙了…當我拿著一樣物品,我可以分辨它是硬的還是軟的,圓的還是方的」。丹尼斯‧阿伯‧索倫森(Dennis Aabo Sørensen)在9年前放煙火時,出了意外失去了左前臂,自此以後,他一直穿戴著義肢,不過他的人生在2013年有了巨大的變化。一組歐洲工程師替他安裝了一支實驗中的機械義肢,並且直接連接到左上臂中的神經,這代表著,丹尼斯不但能透過大腦直接下動作指令給義肢,義肢也能傳送更精細的感覺給大腦,讓穿戴者再次有了手部的觸覺。

Lifehand 2
(Photo Credit:Lifehand 2, Patrizia Tocci)

為了要證明義肢的觸覺功能不是事先跟丹尼斯串通好答案,由 Silvestro Micera 教授領導的團隊,將丹尼斯的眼睛矇住,並讓他戴上耳機,完全隔絕獲取外界訊息的機會。接著團隊分別拿椪柑、電話筒、塑膠杯、布等不同軟硬度的物品給丹尼斯握住,讓丹尼斯「感覺」過後再說出是軟、硬、還是中等。

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(Photo Credit:Lifehand 2, Patrizia Tocci)

透過生命之手2號,丹尼斯可以分辨出瓶子與棒球的差別,還可以控制義肢握力的力道,「9年來我不能去感覺的東西,現在能感覺到了」「我的孩子覺得這很酷,說我是『電纜人』(Cable Guy)」

手臂植入電極接收脈衝訊號

為了達成這個目標,丹尼斯先在2013年初在羅馬格梅利醫院進行手術,在左上臂植入四個電極與尺神經及正中神經連接,再拉電線出體外,整個上臂都用紗布包起來,以免受到感染或電線不小心被勾到而扯出來,在需要使用的時候再將義肢或儀器連接上四條電極線。

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(Photo Credit:Lifehand 2, Patrizia Tocci)

義肢部份,這個由瑞士洛桑聯邦理工大學和義大利聖安娜高等學校組成的團隊,在每一個人工肌腱上都安裝了感測器,可以透過感受到的壓力大小,轉換成電流傳送出去。不過團隊一開始面臨一個難題,就是電流訊號不夠精確,丹尼斯的神經系統無法辨識。

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(Photo Credit:Lifehand 2, Patrizia Tocci)

團隊於是將電流訊號轉換成神經系統能辨識的脈衝訊號,再透過手臂上四個電極傳送到丹尼斯的大腦。Micera 表示「我們提供的就是觸覺的資訊」「這是現實生活中第一次我們可以透過義肢,讓使用者根據觸覺的反饋去進一步控制他的手部的動作。」

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▲義肢5個手指上的人工肌腱有許多感測器,它們能偵測觸覺的壓力程度,將之轉換成電流(左下)。為了讓神經系統能夠辨識,透過訊號轉換的程序(中下)轉換成神經脈衝波(右下),再透過四個連接到手臂裡神經的電極,將訊號傳送回大腦,便可辨別瓶子、棒球等不同物件的觸感。(Photo Credit:EPFL)

幾年內可望臨床應用

這項研究成果刊登在「科學 轉譯醫學」(Science Translational Medicine)雜誌。目前實驗中的還是原型機,按照歐盟法律規定,使用一個月後電極就需移除。不過研究團隊持續進行下一階段的研究工作,包括義肢對圓周運動的感應度、植入電極的部份要如何處理,讓使用者生活更方便、減少手術的次數,另外像訊號的轉換需要電腦計算,因此丹尼斯實際上還不能帶著義肢趴趴走。

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(Photo Credit:Lifehand 2, Patrizia Tocci)

Micera 說,這項研究為截肢者帶來新的希望,相信在幾年內這項技術就可以進行臨床應用。對他來說,生命之手2號是件令人美妙的體驗,因為從15年前還是博士生時,就為了這個夢想努力。

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▲Silvestro Micera(Photo Credit:EPFL / Hillary Sanctuary)

這段影片較完整地表達生命之手2號的原理與功能,以及部份實驗的過程。這段影片未開放嵌入功能。

(Cover Photo Credit:Lifehand 2, Patrizia Tocci)

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本文授權自健康世界 

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