记者　于梅君
　　对于手部有残疾的朋友而言,吃饭、喝水、拿东西都非常不方便。好在,近年来随着科技高速发展,残障人士可以装上智能仿生手,手随心动,完成一系列精细动作,实现运动自由。
智能仿生手打破生命“限制”
　　在不久前举行的2022年进博会上,冰岛品牌奥索带来的一款智能仿生手引发广泛关注。这款专为前臂截肢者设计的仿生手,可以通过意识来控制。每根手指可以独立运动,拿取物体时更加自然真实。
　　这款仿生手拥有4种绝对自由的控制方法,有多达36种抓握模式可供选择,握力大小可随心变换,既可搬起大箱子,也能捏住小球,还能完成敲鸡蛋、剥粽子、拿月饼、摘草莓、切菜烧饭、写毛笔字等灵巧动作。
　　在中国,这款仿生手的第一位用户叫陈玉婷,是一位在上海打拼的母亲,靠鸭脖店养活一家人,她安装仿生手的初衷,只是为了能每天亲自给女儿梳头。现在她利用仿生手,每天都要制作、打包上百份鸭脖和卤味,日子过得充实又开心。
　　如今,帮助像陈玉婷这样的肢体残障人士重获双手功能的智能仿生手,正为越来越多人带来福音。数据显示,“十三五”期间,我国通过实施精准康复行动,累计为1252.5万残疾人提供辅助器具服务。
　　在北京冬残奥会火炬传递中,东京残奥会冠军、游泳运动员贾红光使用国产智能仿生手,高举火矩奔跑。这款仿生手,可以通过采集、处理人体肌肉运动产生的肌电神经电信号来实现运动控制,握持火炬灵活自然。仿生手虽没有温度,可与人握手时力度适中,不紧不松,十分神奇。
　　“产品里面的传感器,能够通过识别物体表面的光滑以及软硬程度,自动分配力量大小。”强脑科技技术人员介绍,这款重约530克的仿生手,单次向上提起重物最高可达10千克,拥有10个活动关节和6个驱动自由度,可实现5根手指独立运动和手指间协同操作,能轻松比划出“OK”“666”等手势,并且可以完成握拳、击掌、握手等交互动作。仿生手可通过提取手臂上微弱的肌电和神经电信号,识别出佩戴者的运动意图,真正做到“手随心动”。
　　“目前全国已有几百人使用该款产品,可以打字、弹琴、操作机械、做家务、干农活,真正帮残障朋友回归正常的工作和生活。”强脑科技假肢产品总监黄琦说,未来,他们还计划加入感觉反馈功能,佩戴者可以利用智能仿生手,去感受所抓取物体的软硬度和表面纹理,拥有更多“触手可及”的幸福。

用脑机接口技术控制仿生手
　　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。
　　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。
　　“即便人机结合的目标难以实现,脑机接口技术在医疗康复领域也会发挥巨大价值。”SpaceX与特斯拉CEO马斯克曾在《相信科技创造美好未来》的文章中表示,脑机接口技术在医疗康复、大健康领域的应用是最广阔的。
　　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,对大脑想法的呈现和执行依然有限。
　　“我们可以将大脑发出动作指令到肢体完成的过程,理解为拨电话,残肢则是被切断的电话线,信号汇集在那儿,只是暂时无法输出。”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,经过精细化处理后再传递出去。
　　脑机接口技术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,他们通过革新电极材料,制成采集脑电信号的传感器,建立起庞大的脑电及肌电神经电数据库。基于此研发的智能仿生手,可采集残肢的肌电神经电信号,再经过深度学习,还原大脑的动作意图。
人机融合,让仿生手更像人手
　　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。这对常人来说毫不费力。但对仿生手而言,从生理信号采集识别,到产品材质、构造,都要经过缜密设计才能实现。
　　此前,由德国奥托博克公司研发的“米开朗基罗之手”,每根手指上均安装有传感电极,具有7种不同抓取能力。
　　随着技术迭代和设计优化,目前国内的智能仿生手,已可实现20多种手势动作,具备10个活动关节,手腕处可集成位置、力量、姿态、加速度等传感器,从而模拟人手的感知能力。
　　“仿生手内置的肌电感应传感器与算法处理单元,负责获取动作意图。”强脑科技有限公司体验官古月介绍,自己佩戴仿生手一年多,不仅能完成拿鸡蛋、拧瓶盖、系鞋带等日常动作,还能完成跳绳、攀岩这类剧烈运动。
　　通过该系统,未来或许可以让具备脑机接口的设备,侦测到用户的脑电信号,并将其直接输送给智能终端,实现隔空对智能终端进行操作。
　　“研发智能假肢最大的困难,是人和机械如何协调。”健行仿生创始人兼CEO孙小军说,比如,人在走路时是很随意的,如何让机械感知人的无意识,或者说人的这种随意呢?科研团队给智能假肢设计了一套刚柔相济的肌肉系统来满足需求,如上楼时“肌肉”变刚性,可以输出很大力量,而柔性状态下可以做出各种动作,刚柔结合,类似于人体的肌肉,很好地解决了人机融合的问题。
　　孙小军介绍,目前他们推出的第十代智能电动假肢机器人,可以学习使用者的行走习惯,从而达到“人机合一”。“智能假肢类似于全自动驾驶汽车,可以识别路况。”孙小军介绍,智能假肢通过感知系统,可以知道哪个时间给腿部合适的力量,上下楼梯需要给“肌肉”更多力量,而平路则不需要。另外,它还能识别使用者的意图,如走快走慢、步幅大小等,让行走更加轻便。“其实就是通过人工智能和物联网相结合,从互联互通变成以人为中心,让用户体验更佳。”
　　数据显示,2010年末,我国残障人士总数约8502万人,其中肢体残障约2472万人。到2025年,我国残障人士基本辅助器具适配率将达到85%以上。专家表示,未来智能义肢在满足使用者基本功能的同时,在价格低廉、易于维护方面,还需持续优化。