能利用EcoFlex来控制物体低成本的神经假手

日前，麻省理工学院和上海交通大学的工程师设计了一款柔软，轻便，低成本的神经假手这是一个叫做EcoFlex的充气机械手残疾人可以用自己的肌肉信号控制机械手，拉拉链，握手，甚至扇猫耳光

据研究人员介绍，EcoFlex的重量仅为292克，与传统的可通过肌肉信号控制的假肢相比，成本大大降低，总成本约为500美元。

这项研究发表在8月16日的《自然》子期刊《自然—生物医学工程》上，论文的标题是一只柔软的神经假手，同时提供肌电控制和触觉反馈。

论文链接:

01.比传统假体更轻更便宜。这种新的软假体只需3000多元

目前全球已有500多万人接受了截肢手术，市场对假肢的需求巨大假肢技术有了很大的进步除了类似于肢体模型的假肢，商用的神经假肢也越来越多

神经假肢是一种仿生肢体，可以感知残疾人的肌肉信号，做出他们想做的动作这种假肢听起来很科幻，但这种高科技带来的灵巧是有代价的神经假体的价格可以高达几万美元，而且它是由金属骨架制成的，再加上驱动它的电机，整个假体又重又硬

为了使神经假体更加灵活便携，降低制造成本，麻省理工学院和上海交通大学的工程师设计了一种柔软便携的神经假体手他们把这只假手命名为EcoFlex

EcoFlex由柔软且有弹性的材料制成，由充气驱动它的重量只有292克，其组件的总价只有500美元左右

研究人员还为它安装了触觉反馈系统，可以使假肢具有和人手一样的触感佩戴EcoFlex后，截肢者可以实现一些日常活动，如拉拉链和倒果汁在某些情况下，EcoFlex的性能甚至比传统的金属假体更好

研究人员还发现，新设计的假手不仅重量轻，成本低，而且非常耐用，被锤子砸中甚至被汽车碾压后都能迅速恢复。

麻省理工学院机械工程，土木与环境工程教授赵宣和说:这还不是一个完整的产品，但它的性能已经接近甚至优于目前市场上可以买到的神经假体，这让我们很兴奋制作这种假肢的成本非常低，对于低收入家庭的截肢者有很大的应用潜力

02.EcoFlex由气体驱动，研究人员也给它一种触觉

像其他软体机器人一样，EcoFlex是由柔软而有弹性的材料制成的假体由五个气球状的手指组成，每个手指都嵌入一个纤维段，类似于人手指上的关节骨弯曲柔软的手指与3D打印的手掌相连

与市场上的大多数神经假体不同，EcoFlex使用一个简单的气动系统来精确地给手指充气，这样它们就可以在特定的位置弯曲或伸直。

气动系统包括一个小型气泵和一个阀门，可以佩戴在腰部，有效减轻假体本身的重量。

麻省理工学院博士后邵婷林开发了一个计算机模型，将手指弯曲的程度与气泵施加的相应力联系起来利用这个模型，团队开发了一个控制器，可以引导气动系统给手指充气，从而实现常见的抓握动作，比如将两三个手指捏在一起，握拳，握手等

志愿者试图控制假拳头

当人们想做某事时，运动神经元会产生电信号来控制肌肉该团队使用现有算法解码肌电图信号，并将其与常见的抓握类型相关联气动系统通过连接到截肢者肢体的肌电图传感器接收该信号，并相应地控制神经假体

例如，当截肢者想象自己拿着酒杯时，传感器会接收到它的肌电图信号，然后控制器会将其转换为相应的压力值根据这些压力值，气泵会使每个手指关节相应地扩张和弯曲，从而实现截肢者所期望的抓握动作

光抓是不够的研究人员希望给出EcoFlex触觉反馈，这在大多数商业神经假体中是没有的

为此，他们在每个指尖上安装了一个压力传感器，当他们触摸或挤压传感器时，会产生一个与他们感受到的压力成比例的电信号每个传感器都连接到截肢者残肢的特定位置例如，当按压假体的拇指时，截肢者可以感觉到代表拇指的位置的刺激

03.只需要15分钟的训练，就可以使用志愿者，甚至杀猫

为了测试EcoFlex，研究人员招募了两名上肢截肢的志愿者经过15分钟的训练，志愿者被要求参加一系列标准化测试这些测试任务包括下棋，翻页，写字，举起沉重的球体，捡起地上的草莓和面包等

研究人员还让志愿者用市面上的硬材料制成的仿生手做了同样的测试，发现EcoFlex在大多数任务上与这些传统的仿生手相当，甚至在某些任务上表现更好。

使用EcoFlex后，志愿者可以在日常生活中轻松使用，比如吃饼干，蛋糕，苹果等食物，使用笔记本电脑，瓶子，锤子，钳子等工具，甚至握手和舔猫。

志愿者在杀猫

在另一项测试中，研究人员被他们的志愿者弄瞎了眼睛

者的眼镜，发现他们可以辨别出来研究人员是在戳他们的假手指还是在抚摸他们的假手指研究者还发现他们能够感觉到放置在假手中不同大小的瓶子的区别

这些试验表明截肢者可以利用 EcoFlex 重新获得某种形式上的触觉，也能利用 EcoFlex 来控制物体。

该团队已经通过麻省理工学院为该设计申请了专利，并在努力改进其传感和运动范围我们现在可以实现的抓我类型还是太少，接下来将通过更好的解码技术，更高密度的肌电阵列和可以戴在手腕上的更紧凑的气泵来改进 EcoFlex我们还想做出可批量生产的设计，这样我们就可以利用这一技术造福社会Xuanhe Zhao 说

04.结语:EcoFlex 让普通家庭也能用得起神经假肢

能够让使用者通过肌肉信号控制的假肢早已不是什么新鲜的东西，但是传统的神经假肢往往笨重且昂贵，远不是普通家庭能够承受的起的。

现在，麻省理工学院与上海交通大学的研究者让神经假肢更加轻便灵活的同时，还大大降低了其成本，使其成本仅有 3 千余元，让低收入家庭也能用得起神经假肢。