东南大学团队开发的智能义肢，让“科技改变生活”更加具象化

科技改变人类生活。11月5日，当见到东南大学科研团队研发的一款“智能手”，这句话变得更加具象化。前不久，这个年轻的团队刚斩获第三届全球辅助技术奥运会（又称“半机械人仿生奥运会”）“上肢义肢”组冠军，展现了人机共融给人类生活带来的巨大变化。这也向我们展示着，科研成果从实验室走进了百姓生活，给大家带来了实实在在的应用。

灵活又精细

既提得起10斤的重物还会拧灯泡

比赛中，这款“智能手”被安装在了中国选手徐敏残缺的右前臂上。徐敏使用它可以轻松完成提矿泉水瓶、摞杯子、绕铁环等运动行为，还可灵活地完成抓纸片、开瓶盖、拧灯泡、拉衣链、锤榔头、起钉子等精细动作，更能通过环境感知完成盲盒取物。

“难度最大的是锤榔头、起钉子和拧灯泡项目，我们花了很长时间才克服。”从备战到取得冠军，徐敏和这只智能手磨合了2年多。

许多人看到徐敏使用“智能手”时，会不断对左肩膀进行开、合，难道肩膀上会有什么开关吗？其实不然。智能手感觉不到肌电反应，它的张和开，全是由徐敏左肩膀的肌肉信号反应，肩部的信号能够灵巧地控制手腕和手的运动。“当我收紧肩膀时，这个头就会松开，当我合上肩膀，头就会收紧。”

此外，这个智能手还会旋转，头部还有摄像头和传感器，通过摄像头感知物品的形状，经由传感器反应到智能手外部的信号灯，从而实现在黑暗中取物。

“可以说它的灵活度、使用度等都达到了日常生活的要求。”虽然已经很完善，但徐敏还有新的期待。“希望以后它能变得更加轻便和美观，让我们能够带着它走进日常生活。”

具有三大创新点

核心技术已实现产品化

这款“智能手”名为人机共融型灵巧肌电假肢，通过检测残肌电生理信号，控制义肢灵巧运动，并将义肢感知信号反馈给使用者的智能调控系统。这也是当下国际研究的热点。

“智能手”科研团队依托于东南大学机器人传感与控制技术研究所宋爱国教授团队，主要成员来自团队的三名研究生，并由宋爱国教授的毕业博士、现中国科学院苏州医工所青年博士后胡旭晖带队。

今年的比赛规则更苛刻，增加了许多高难度动作，即使如此，中国团队是唯一一个完成全部动作的团队。

胡旭晖介绍，项目的创新点一是在于研制了轻量化三自由度义肢手臂。具有电动开合、电动腕旋、手动腕翻等功能。穿戴重量低，有900g，最大抓取力达到120N，能够胜任比赛中规定的各项大负载以及精细操作任务。二是提出了“体躯-肌电”混合控制方法。研发了柔性可拉伸智能肩带用于准确监测健侧肩部运动意图，实现了对假肢手的精准开合；基于残肢侧表面肌电信号，实现假肢手腕旋转控制。三是构建了基于机器视觉的手眼系统。解决了对特定形状和材质物体的精准感知与定位。

也正是基于这些技术，使得这款义肢实现精细力控能力、环境感知能力，最终取得比赛冠军。“我们也希望以本次参赛项目的研究成果为基础，开发经济、仿生的五指假肢手，满足更多截肢残疾人的日常穿戴需求。”胡旭辉说。

据介绍，科研团队自2007年开始智能肌电假肢技术研究，将力觉临场感遥操作机器人技术应用于新型智能假肢研究，在智能肌电假肢的力触觉感知反馈、自适应力控制、肌电信号识别等关键技术取得了重要突破，核心技术在丹阳假肢厂公司实现了产品化。

科技向善

进一步研究利用脑电信号进行控制的软体假肢

徐敏的愿望也是科研团队的目标。

“一方面是运动功能的重建，更重要的还有感知功能的重建。除了能够抓取物品，具有力觉触觉，我们还希望假肢能够感知温度。”东南大学仪器科学与工程学院教授、东南大学机器人传感与控制技术研究所所长宋爱国对于未来的假肢提出了新的研究目标。

不仅如此，当前的假肢看起来还是机械手模样，团队正在研究新的驱动力方法叫软体假肢，类似人的手指，穿戴更加方便，外形更加美观。此外，面对缺少整只手的残障人士，深入研究利用脑电信号进行控制，这已得到国家的重点支持。

研究所在科研上一直秉承着863顶天立地的精神，做最前沿的研究。同时围绕着国家重大工程，载人航天工程、助老助残、康复实验等开展研究。

除了开展假肢等助老助残康复科研项目，多年来，宋爱国教授团队围绕载人航天与探月工程、核电安全工程等领域的重大需求，解决其中的关键核心问题。他们秉承“顶天立地”的科研精神，攻克一个个科研难关，同时秉承着“科技向上、科技向善”的精神，既做瞄准世界科技前沿技术的项目，又做改善民生服务大众需求的科研成果。

科技向上

成果“上天”服务载人航天

无论是国家重大工程，还是民生关切，都是团队长期关注的重点。

多年来，失重环境下航天员肌肉力量变化是科研关注的重点，为此进行了大量的操作力和生物力学测试。这些数据将为未来航天员任务规划和空间站设计提供关键数据，确保执行任务能力。

“天上是失重的，肌肉是松弛的，会导致航天员的肌力衰减。”此前，现代快报曾报道宋爱国团队为“天宫二号”研制了航天员在轨操作力的测量传感器以及测量系统。在东南大学，现代快报记者见到了“天宫二号”在轨生物力学与操作力测量传感器的备份。

日前，这款系统又跟着东大校友、航天员王浩泽一起“上天”，应用于中国空间站的航天员操作力和生物力学测量。

宋爱国介绍，东南大学机器人传感与控制技术研究所是我们国家第一台机器人的诞生地。1958年，研究所的创始人查礼冠教授带领师生研制了中国首台仿人机器人，也是我们国家的第一台机器人。当时它的技术水平与国际水平基本一致。

1978年以后，查礼冠教授带着大家继续开展机器人技术的研究。1983年，机器人传感与控制技术研究所正式成立，开展机器人的感知技术，力觉触觉传感器以及人机交互的机器人技术，是国内最早开展机器人力觉触觉传感器以及人机交互集成技术的研究。1992年，按照国家“863计划”的部署，在国内最早开展人机交互临场感遥操作机器人技术研究。从人机交互到人机协同，再到当前的人机共融，东南大学始终走在前列。

通讯员 唐瑭 吴涵玉 现代快报/现代+记者 李楠/文 王玉秋晨/摄