接口技术|仿生手随心而动肢残人士重“掌”人生残疾人|神经电信号|辅助器具

能拿鸡蛋、拧瓶盖、系鞋带，还能比个“666”
仿生手随心而动肢残人士重“掌”人生
“十三五”期间，我国通过实施精准康复服务行动等，累计为1252.5万残疾人提供辅助器具服务。在诸多高科技辅具中，通过采集、处理人体肌电神经电信号，帮助佩戴者重获双手功能的智能仿生手，正为越来越多的肢残人士带去福音。
握笔、沾墨、下笔一气呵成……12月8日，在浙江杭州人工智能小镇内，有着4年智能仿生手佩戴经历的倪敏成向科技日报采访人员展示书法。他介绍，自己可以用意念精准控制仿生手的每根手指。这对机械臂已经成了他身体的一部分。
传统的功能性义肢需要通过物理按键或摇晃等方式，才可以实现简单的手势切换。近年来，脑机接口、人工智能等前沿技术不断发展，在残障人士辅助器具领域得到广泛应用。
“十三五”期间，我国通过实施精准康复服务行动等，累计为1252.5万残疾人提供辅助器具服务， 2020年残疾人基本辅助器具适配率超过80% 。在诸多高科技辅具中，通过采集、处理人体肌电神经电信号，帮助佩戴者重获双手功能的智能仿生手，正为越来越多的肢残人士带去福音。
用脑机接口技术实现对仿生手的控制
一只完整的手拥有27块骨头，由34块肌肉牵引完成动作，被48条神经控制……多年来，国内外研究人员致力于研制出形状性能与人手一致的义肢。在上个世纪80年代，我国部分高校院所就开始着手相关工作，研制出了若干具有一定灵活度的多指仿生手，并积极尝试完善其功能。
自1924年，德国医生贝格尔在人类历史上首次记录到人脑脑电波活动现象，脑机结合研究的纪元就已开启。 1999年，人类首次实验证明大脑皮层神经元群可以直接控制机械手臂，这一发现极大地促进了脑机接口技术用于义肢研发。
人的动作意图由大脑发出，经由脊髓传递到外周神经，支配肌肉运动。这一过程中，肌肉内还伴随可观测的肌电信号。以往，国外肌电仿生手产品主要靠感应手臂两侧屈肌和伸肌肌电信号，映射至机械臂完成动作，对大脑行动想法的呈现和执行依然有限。
“不妨将大脑发出动作指令到肢体动作完成的过程理解为拨电话，残肢则是被切断的电话线，信号汇集在那，只是暂时无法输出。 ”哈佛大学脑科学中心博士、强脑科技有限公司创始人兼CEO韩璧丞认为，智能仿生手的变革之处在于应用脑机接口技术，将“电话线”切断处的神经信号更精细化处理后再传递出去。
据了解，脑机接口技术可分为侵入式与非侵入式两大类。前者采用在脑部植入电极的方式，后者则是在头皮上涂抹导电膏、佩戴采集设备获取脑电信号。二者各有优劣，但后者接受度相对较高。
“脑电信号强度为几十微伏，比肌电信号更弱，相当于一节5号电池电流强度的百万分之一，要捕获它，堪比搜寻50公里外的蚊子振翅声。 ”韩璧丞表示，为了捕获极其微弱的脑电信号，其团队通过革新电极材料，制成采集脑电信号的传感器，实现脑电信号的大规模精准采集，建立起了庞大的脑电及肌电神经电数据库。他们基于此研发出的BrainRobotics智能仿生手，可采集残肢的肌电神经电信号，再经过深度学习的神经网络算法还原大脑中的动作意图。
完善智能仿生手功能让它更似人手
轻轻拿起一颗鸡蛋，既不让鸡蛋脱手，也不会用力过猛将其捏碎。这对常人来说，是毫不费力的事情。但对仿生手而言，从生理信号采集识别，到产品材质、构造，都需要经过缜密设计才能实现这个功能。

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