截肢患者的“原力覺醒”

劉先生控制仿生手在電腦鍵盤上敲下自己的名字。

1月3日，廣東省工傷康復中心里，劉先生在演示其新安裝的五指聯動智能仿生手。

一場工傷事故，30多歲的劉先生，成了一個沒有了四肢的殘疾人。右臂肘關節以上沒有了，左臂肘關節之前部分被截斷，膝關節以下離斷……他用了差不多三年的時間來康復、訓練，適應各種各樣的假肢，直到2018年，他成了廣東省工傷康復醫院里第一個用上五指聯動智能仿生手的截肢傷者。

而這只手和左臂的殘端連接在一起后，他通過大腦發出指令，五個手指和手掌就能完成握、扣、叩、捏、托、抓、敲等16種簡單動作。而在熟練掌握了這些動作后，將這些動作組合起來，又能組成一些精細的手部動作。“這種五指聯動智能仿生手遠比單純的假肢要靈活許多，通過訓練，僅憑這只假手，傷殘者是能部分恢復生活自理能力的，更為關鍵的是，假肢接收的是大腦的指令”，廣東省工傷康復醫院假肢矯形師艾旺憲表示，這就類似于好萊塢電影《星球大戰》里絕地武士用原力去驅使光劍，又好比武俠片中高手憑意念去操縱兵器。

訓練用意念操控假肢

在2018年元旦假期后安裝上假肢之后，劉先生一直在努力地訓練用意念操控假肢。“目前能夠做到的，就是自如地握起水杯，用一根手指敲擊鍵盤、敲門等動作”，劉先生現場向南都記者演示了這些動作，運用這只假手，他很快就做出了一個一指禪動作，然后用這個手指在電腦上敲擊出了自己的名字。這至少解決了去銀行按密碼的問題。“因為四肢都被截斷，無法按密碼、簽名，他一度連丟失的銀行卡都無法補辦”，一旁的劉太太告訴南都記者。

而類似一指禪這樣的動作，這只假肢能夠完成16種。而根據不同的模式選擇，假肢能在單一模式下完成八種動作。“這些動作包括握筆、叩擊，操控鼠標，拿鑰匙、抓牙刷、提拉東西等。”艾旺憲表示，手部的精細動作千變萬化，假肢肯定沒辦法完全做到。但是傷殘者在熟練掌握了這些基本自理所需的動作后，通過組合是能夠演變出一些其他的精細動作的。

“這個假肢只是在指、掌之間安裝了微馬達，每個手指上的關節處并沒有安裝馬達，手腕部位也沒有安裝。安裝了這些微馬達后，假肢的活動能力是會更為精細的。”

仿生手再逼真也是個假肢

艾旺憲表示，患者殘肢肌肉收縮時會發生復雜的生化反應，在皮膚表面產生可被測取的微小電位差。這種肌電電位差信號傳遞到微感器，經電極中的放大器進行放大，成為控制信號。輸入微電腦，再由微電腦發出活動指令，通過微型馬達等驅動系統帶動義肢指骨關節張合。裝配電子手的關鍵在于從殘肢皮膚表面，找出產生最強肌電電壓信號的兩個點，并測出這兩點上的電壓值。同時根據患者的殘肢情況通過肌電訓練儀訓練殘肢按活動意圖有規律地收縮，從而以殘肢肌肉的不同運動形式有效地控制和操縱義肢指骨關節的張合，并以動態調節器自動調節義手握力的大小及開閉的速度。

由于目前捕捉類似肌電電位差的傳感器，還是無法做到和人類神經一樣的靈敏。加之假肢的手指、手掌的仿生程度、活動能力所限，目前的仿生假肢還是無法去完成諸如五個手指都動用上的彈鋼琴動作。別說彈鋼琴這樣的動作，假設一個雙手殘疾的人雙手都裝上了高仿真度的假臂。安裝者要通過大腦的意念來讓這兩只假手玩剪刀、石頭、布的游戲，都是一個非常困難的事情。而且，仿生手做得再逼真，它也是個假肢，它沒有觸覺、甚至沒有感覺。

揭秘

肌電信號構成肢殘者的“原力”

人體的活動，是受大腦以及由大腦發出的神經系統進行操控。類似的神經纖維密布于從頭頂到指端的體內。也正是由于這條神經網絡的存在，大腦的指令能夠被最遠端的手指所感受到，并配合做出相應的動作。但對于肢體殘疾的傷患而言，他的神經網絡從截肢部位就“掉線”了，而受神經網絡支配的肢體如手、腳等，也就不存在了。傷患即便發出了動手指的指令，也因為網絡“掉線”和手指已不存在而最遠只能發送到殘肢的最末端。

如果是一個常人發出的動手指指令，手指運動并不只是簡單的手掌、手指部肌肉的工作，連接手掌的手臂肌肉也會有一些細微的配合動作。而對于失去手臂的肢殘人士而言，這個動手指的指令，已無法控制手指運動，也沒有了手指去運動，但這個命令卻能控制殘端肢體的肌肉去進行一些細微的動作。因此肢殘的截肢者，還是發出動手指的指令，由神經支配殘肢肌肉收縮，產生表皮肌電信號，控制假手的動作，從而實現大腦的直接控制，使仿生假肢近似人體的一部分。
假肢進化史

從單純裝飾性到開始能夠接受指令

因為戰爭、災難、意外、疾病等諸多因素，自古以來就不乏完全截斷了手、腳的肢殘人士。為了解決肢殘傷患的需要，人們在非常久遠的古代，就發明了木制的假手、假腳。但這類假肢，更多起到的是裝飾性作用，沒有太多的實際功能。一旦手掌部位被截斷，傷患就無法利用假肢來完成一些精細的動作。“這種純粹解決外觀問題的假手，目前也還在繼續應用，只是材料變成了更逼真、舒適的硅膠、PVC材料。價錢不便宜，唯一的功能就是給傷殘截肢者一個用來看的擺設”，艾旺憲表示。

看起來美觀，并不能解決傷患的實際問題。于是一些假手，被設計成了鉤子、夾子。畢竟有了一個鉤子后，傷患能夠鉤拉東西，也能使傷患恢復一定的勞動能力。上世紀兩次世界大戰后，經濟發達的歐洲地區出現了數量龐大的肢殘人士。英國等國家開始非常關注假肢的發展，并開始兼顧假肢的功能和美觀。

上世紀50年代開始，假肢生產商開始在假肢的手掌里安裝一個機械馬達，能夠讓假肢的拇指、食指、中指三個指頭之間形成簡單的張合。別小看這樣一個簡單的張合動作，它讓肢殘人士有了“握”這樣一個簡單的動作后，原本完全不能自理的生活，就有了明顯的變化。“這種假肢是傳統的機械式三指張合假肢，驅動它張合的，其實已經有了 原力 的概念，因為裝上假肢后，傷患也是通過大腦發出張合的意念，然后這種意念發送到肢體殘端，在殘端形成電位差。”這種毫厘級別的微弱肌電電位差在被假肢捕捉，放大，傳導后，讓馬達開動起來驅動關節張合。類似的假肢，目前我國已經實現了國產化，因為涉及傳感器、微小馬達、假肢材料等因素，價錢仍然需要好幾萬元。但已經遠比進口假肢要便宜了。

科技日益進步，捕捉細微電位差的設備、傳感器，能夠更加靈活、敏銳。而安裝在假肢關節處的微小馬達，可以做得更加精細。于是在一個手掌上安裝更多的微小馬達就變成了可能。進入21世紀后，更加仿生的假肢開始陸續被研發出來。以劉先生安裝的五指聯動智能仿生手為例，其每根手指和手指之間的連接處都安裝了微馬達，這使得每個手指都能自如地活動，并組合成一些手部精細動作。

文章來源南方都市報