大学·问｜假肢手也能提重物、拧灯泡？

近日，在第三届全球辅助技术奥运会“上肢义肢”组比赛中，东南大学机器人传感与控制技术研究所宋爱国教授团队研发的“人机共融型生机电一体化假肢手”，一次性完成提重物、抓纸片、拧灯泡、摞杯子等操作任务，荣获冠军，同时刷新了我国在全球顶级科技助残赛事中最好成绩。东南大学研发的假肢手为什么获奖？能做哪些高难度动作？让我们跟随东南大学仪器科学与工程学院的宋爱国教授，一起深入了解。

东南大学研发的假肢手，能做哪些高难度动作？

本次比赛中难度最大的任务是“盲盒取物”。“盲盒取物”需要参赛人员从随机放置4类物体的盲盒当中，分别对应地取出形状颜色相一致的物体。

仅仅靠力觉、触觉并不足以完成这类任务，因此为了提升动作的准确性，宋爱国教授团队在假肢手上安装了手眼系统——通过在手心部位安装了RGB摄像头，运用算法进行信号处理和图像侦查，结合力觉、触觉来共同识别不同的物体。同时，再通过触觉反馈的方式，让残障人士感知到相关信息。“在盲盒取物中，我们的比赛选手能够把4类不同物体准确地取出来。”宋爱国教授说。

高难度动作是如何实现的？

宋爱国教授介绍，假肢手涉及5个方面的关键技术，这些技术共同帮助残障人士利用假肢手完成各项动作。第一项技术是假肢的本体设计。此次假肢手有了新变化，兼顾了多自由度，如旋转自由度、抓取自由度等；第二项技术是肌电信号的识别。该技术主要用于识别残障人士动作的意图，是比较核心的技术；第三项技术是对力觉、触觉的感知技术；第四项技术是力反馈技术，能够把力觉、触觉的感知传递给残障人士；第五项技术则是人机融合系统的力控制技术，通过此技术可以调度假肢手的力度大小。

拧灯泡的动作是如何做到的？

拧灯泡在旋转过程中，力度既不能大也不能小，这就有赖对力度的精准控制。这与上述所提到的五项技术息息相关，其中最直接相关的是力感知、力反馈和力控制这三项技术。

“首先我们的假肢上有力觉、触觉传感器，能够感知到它的抓取力。其次，这个力觉、触觉要能够让残障人士感知到，并通过自己的运动意图来实时调节。”宋爱国教授说道。

假肢手利用了力觉、触觉信号作为底层技术机制，以实现本身的力反馈控制，从而保证对力度的精准控制。

假肢手能提起多重的物体？

据宋爱国教授介绍，目前假肢手手指的最大抓取力能达到3公斤，手臂的最大抓取力则接近10公斤。

在此次比赛中，第一个任务是利用假肢手拿取1.5公斤的瓶装饮料。参赛选手不仅要放置好4个总重量达6公斤的瓶装饮料，还要用假肢手把装有4个瓶装饮料的箱子拎到指定地点。宋爱国教授团队顺利完成了此任务，通过了对假肢手抓取力的考验。

假肢手会什么时间面向用户？

宋爱国教授估计，这代假肢手投入市场还需要3年多的时间，并且还需要进行适应化改造。目前，假肢手仍旧呈现出比赛时“四连杆平行二指”的机械手样态。

假肢手的价格大概是多少？

自2007年起，宋爱国教授团队开展智能肌电假肢技术的研究，多项关键技术取得突破并实现核心技术产品化。前三代假肢手属于普通款，价格在3万到5万元之间。其中第二代假肢手是市场的主流，占有60%的销售量。而灵巧型的第四代假肢手价格较高，在11万至12万元之间。宋爱国教授透露，如果此次假肢手能够产品化，价格应该在10万元左右。

用户能直接上手使用吗？

“不需要进行特别的训练。”宋爱国教授解释道，“假肢手只需要在最开始使用时的前5分钟进行自适应的学习过程。残障人士在使用假肢手后，假肢手会根据肌电信号的强弱，自适应地调整放大器的放大倍数。”

同时，宋爱国教授团队也有一套训练软件。如果不在假肢上训练，可以单独在软件上训练肌电信号来进行识别。

双肢残疾的人也能够使用假肢手吗？

宋爱国教授解释，如果失去了双肢前臂，残障人士可以通过特别的训练，利用上臂使用假肢手。但如果是断了双臂，残障人士则需要通过手术，把一些神经信号移植到胸部，用这个信号进行控制。“国外做这种手术的比较多，我国一般通过测脑电信号的方式，利用脑电波控制自身的动作意图，以实现对假肢的控制和感知重建。”

作者：

南京大学新闻传播学院 李雅兰 顾乐瑶 马思洋

指导老师：

南京大学新闻传播学院副教授 庄永志

现代快报/现代+记者 朱俊骏 于露