創新仿生機械手臂：人工肌肉對抗顫抖，開啟穿戴式解決方案新紀元

全球約有8000萬人飽受顫抖之苦，例如帕金森氏症患者。這種不自主的週期性動作，嚴重影響患者的日常生活，像是拿杯子喝水或書寫等基本動作。穿戴式軟性機器人裝置被視為抑制顫抖的潛在解決方案，然而，現有的原型技術尚未成熟到能提供真正的治療效果。

來自馬克斯普朗克智慧系統研究所（MPI-IS）、圖賓根大學和斯圖加特大學的科學家們，在生物智慧圖賓根斯圖加特（BITS）合作計畫下，致力於改變這一現狀。他們研發了一款配備兩條人工肌肉的仿生機械手臂，這項研究成果已發表於《Device》期刊。

這款被稱為「機械病患」的仿生機械手臂，能夠模擬顫抖症狀。研究團隊記錄了多種真實的顫抖模式，並將其投射到機械手臂上，使其能精準複製每位患者手腕和手部的抖動情況。當顫抖抑制功能啟動時，由電液致動器製成的輕量化人工肌肉會以特定的方式收縮和放鬆，有效抵消來回擺動的動作，使顫抖幾乎無法被察覺。

研究團隊期望透過這款機械手臂達成兩大目標：首先，它將成為其他科學家在輔助外骨骼技術領域測試新想法的平臺。結合生物力學電腦模擬，開發者能快速驗證軟性人工肌肉的效能，省去耗時且昂貴的臨床試驗，在某些國家甚至無法合法進行。

其次，這款機械手臂也作為MPI-IS機器人材料部門知名的人工肌肉測試平臺。多年來，這些被稱為HASELs的技術不斷被精進和改良。團隊的願景是讓HASELs成為輔助穿戴裝置的基礎元件，讓顫抖患者能舒適地穿戴，並更輕鬆地完成日常任務，例如握持杯子。

「我們相信這些人工肌肉有潛力成為衣物的一部分，讓穿戴者能低調地使用，旁人甚至不會察覺他們有顫抖問題。」MPI-IS機器人材料部門的博士後研究員、論文第一作者Alona Shagan Shomron表示。

「我們展示了基於HASEL技術的人工肌肉，對於手腕的各種顫抖模式都能快速且有效地應對。這顯示了HASELs在穿戴式輔助裝置上的巨大潛力。」Shagan補充道。

「結合機械病患和生物力學模型，我們能評估任何測試中的人工肌肉是否足以抑制所有顫抖，甚至是極為強烈的症狀。未來若開發出穿戴式裝置，我們可以根據每位患者的顫抖情況進行個別調整。」圖賓根大學Hertie臨床腦研究所教授Daniel Häufle解釋道。他負責電腦模擬的建立，並從患者身上收集顫抖資料。

「機械病患讓我們能在技術開發的早期階段測試新技術的潛力，無需進行昂貴且耗時的臨床試驗。」斯圖加特大學計算生物物理學與仿生機器人學教授Syn Schmitt表示。

「許多好點子往往因為臨床試驗的高成本和耗時性，在技術開發的早期階段就無法繼續推進。我們的機械病患正是解決這一問題的關鍵。」

「機器人在醫療保健應用中具有巨大潛力。這個成功的專案凸顯了基於柔性和可變形材料的軟性機器人系統將扮演的重要角色。」MPI-IS機器人材料部門主任Christoph Keplinger總結道。