揭秘高科技仿生手臂：肌肉與神經間完美融合

掃街

據國外媒體報道，2008年11月1日晚，在巴格達巡邏的裝甲運輸車遭到武裝分子兩顆手榴彈的 襲擊，其中一顆將運輸車艙門擊穿，融化的高溫銅液貫通了警長格倫?雷曼（Glen Lehman）的右肘，隨后滾燙的液態金屬繼續蔓延到雷曼的腿上。雖然在二十分鐘后抵達了野戰醫院，并由直升機轉移到四十公里外的巴拉德聯軍基地。這時的 雷曼失血量幾乎全身血液的一半。來自德國的醫生將雷曼肘關節以上的手臂部分全部切除，并最終運送到位于美國華盛頓的沃爾特?里德（Walter Reed）陸軍醫療中心。

1 q8 Z' j/ N8 ?5 e/ e/ ~高科技假肢一直是仿生學的研究方向之一

6 ?& U7 ]) B1 T' T  F+ t 通常像雷曼這樣遭遇的老兵會得到一個安裝假肢的手臂，如果運氣好的話，他會繼續活下去。但是雷曼的假肢需要一個合適的形狀，因此醫生進行了一項被稱為針對 性肌肉神經移植術（TMR）的實驗手術，手術成功的話雷曼將獲得一個非凡的高科技仿生假肢。主刀實驗手術的外科醫生小心地剝開他的手臂神經，這些神經通常 是控制手肘部位的活動。他的末梢放射狀神經結構可控制手掌的打開到三頭肌外側，而中間神經則是控制手的合攏到肱二頭肌的內側。
5 @( v4 N* w9 @: I, i8 Z8 w
8 p+ g; S$ o- L2 j* C, y5 R7 H 外科醫生進行的手術可算是一種怪異的“創造”，并會產生神奇的影響。戴上高科技假肢后，當雷曼想移動他已經失去的右臂時，皮膚就會出現漣漪褶皺，而大腦依 然照常發出物理信號。當他試圖合攏手時，人造二頭肌在神經興奮的傳導出現收縮。重新“修改”的神經路線可以提高控制神奇仿生假肢的能力，這款高科技仿生假 肢的原理是使用計算機讀取由肌肉中產生肌電脈沖。雷曼戴上他的新胳膊后，可算是一個真正的半機械人，但是他并不是科幻小說中的生物體，位于芝加哥的機體復 原研究所僅用了三次實驗就將雷曼的高科技仿生假肢安裝到他的身體上。
- _  S( L! m) M& c2 P
此外，研究人員在其衣服的袖套處附上八對盤形電極，以控制肌電的活動。最后這個假肢穿過袖筒并與雷曼的身體進行微調適應，通過纏繞在軀干上的吊索定位。這 款新型高科技仿生手臂是國際化的集成產物，被喻為“怪物集合”。因為肘部和前臂來自位于馬薩諸塞州的一家公司，可旋轉的手腕來自德國，手掌則由中國生產。 總重量為4.84磅。雷曼在啟動仿生假肢前使用正常的左手點擊位于假肢手肘部分的按鍵，假肢的自動升降調整裝置就開始工作，可彎曲肘部、然后還可伸直，旋 轉手腕。通過整個測試運動過程，假肢畫出了一個完整的圓圈，雖然過程使人緊張不安，最后拇指和食指還可閉合并再次展開，看起來像是機器人練太極。
2 ]# T  A7 Y- u! J3 P# o$ l
雷曼目不轉睛地望著這款高科技仿生手臂，并通過想象控制手臂的運動，就像控制他曾經的手臂所采用的方式一樣。控制手臂時可集中精神練習手臂與軀干的連接部 位，觸發這部分的電極引導神經肌肉的活動。一個手機大小的小型計算機鑲嵌在雷曼肩部的吊帶上，它是控制手臂各種動作的中央處理器，存儲這各種關于手臂運動 的指令。比如當手握緊時，雷曼可以“告訴”計算機“捏”這個動詞，計算機就會記住他思想活動中關于捏的信息，記錄下對應的肌肉活動信號。
" }5 Y! H5 U7 W! L
6 h9 s2 B5 l; ? 但是，如果雷曼將鑲嵌在背部吊帶上的傳感器脫下，那么他下次要指揮機械臂執行“捏”這個動作時就要重新為計算機示范一遍，這是因為肩部的傳感器只能記錄當 下位置的肌肉活動信號，一旦移動了傳感器的位置就需要從頭再來。雷曼機械臂與軀干連接位置隨著每天的練習、肌肉的張開和收縮，皮膚也開始延展開來，從根本 上講大腦的活動也會隨著機械臂的加入而改變，每天他可觀察自己的機械臂以不同的方式運動。

6 w/ K- n% D9 c+ O& ?, Z9 Q: J1 ]6 R 在必要的培訓結束后，雷曼開始展示了這款高科技仿生機械臂的超高性能，他能夠捏起夾克上的拉鏈頭，類似與正常人使用拇指和食指才能做到的動作。他還可以用 機械臂伸入冰箱，拿出一個飲料瓶，甚至可以撿起一個硬幣并投到一個投幣口中。不過，雷曼現在的控制遠非完美，之前他在控制機械臂正確握住拉鏈時嘗試了好幾 次才成功。
雷曼現在練習仿生機械臂時如果將瓶子跌落，就用正常的左手撿起，放回冰箱中繼續嘗試。雖然聯系過程是反復而且艱苦的，但是這款高科技仿生機械臂比傳統的假 肢“聰明”很多，以往需要數個月的時間才能適應。雷曼認為他現在需要實踐練習，從不得不控制機械臂并告訴它該做什么，變成自如地控制機械臂，讓它聽從自己 的想法。

, c* n, ~* z$ B/ J4 Z# F& K
' y( z; D. L+ q

piaoying

要配圖解說，看了好半天才了解了一些。

jayhu

仿生技術與機器人技術是二十一世紀能否跨越的關鍵！