全新軟式義肢手：實現自然仿生介面

近年來，科技的進步為輔助和醫療工具的發展開闢了新的可能性，其中包括義肢。過去，義肢往往是形狀固定的硬質物件，如今的義肢則更加柔軟，外觀也更逼真，部分還整合了機器人元件，大大拓展了其功能。

儘管有這些進展，但市面上大多數機器義肢仍難以讓使用者輕鬆直覺地操控。這顯著限制了它們的效能，以及改善人們生活品質的程度。

義大利技術研究院（IIT）和倫敦帝國學院的研究人員最近開發出一款全新的軟式義肢手，有望讓使用者更容易操控。這項成果發表在《科學機器人》期刊上，該系統採用了一種新的控制方法，將多根手指的協調模式（即姿勢協同作用）與人體脊柱運動神經元活動的解碼相結合。

論文共同作者安東尼奧・比基（Antonio Bicchi）向《科技探索》表示：「我們這篇論文是歐洲研究委員會（ERC）合作資助專案的成果。我在義大利技術研究院的團隊和倫敦帝國學院達裡奧・法裡納（Dario Farina）的團隊合作，透過神經連線讓人類和人工智慧對話，從而在使用者和他們的人工手之間建立一種更『自然』的連線。」

人類在完成手部任務時，通常會以動態方式協調手指的動作。這些基本的協調模式被稱為姿勢協同作用。比基、法裡納及其團隊設計了一種控制義肢的方法，將姿勢協同作用與脊髓運動神經元活動的神經解碼相結合。也就是說，將手指的協調模式與源自人體神經系統的電訊號分析相結合，以此預測使用者希望機器手在特定時間執行的動作。

比基解釋道：「這隻義肢手的皮膚、肌腱和韌帶採用軟質材料製成，而骨頭則使用硬質材料。人造『骨頭』彼此滾動，而非像一般機器手那樣繞著銷釘轉動。肌腱的排列方式使這隻手能夠適應要抓取物體的形狀，從而再現人類手部自主、智慧的抓取行為。」

研究中有圖片展示，一位肢體殘缺者在適應期間佩戴該系統，另一位健全者則將其作為輔助工具使用（在手臂下方）。研究結果顯示，手部意圖與義肢手指動作之間具有高度一致性。

這支研究團隊開發的軟式義肢手有一個獨特之處，它不僅能讓使用者直覺地抓取物體，還能以特定方式操控物體。例如，使用者不僅可以抓取一瓶水，還能透過機器手的手指轉動瓶蓋將其開啟。

比基、法裡納及其同事在一系列初步實驗中評估了這隻義肢手的效能，參與者包括健全人士和需要義肢的人。結果非常令人鼓舞，這隻義肢手能讓使用者完成複雜的手部動作，與其他義肢相比，能更精準、自然地操控物體。

未來，研究人員設計的控制方法和設計理念有望應用於其他義肢的開發。他們推出的這款軟式義肢手也可能進一步改進，並在臨床環境中進行測試，最終實現商業化。

比基表示：「我們發現，之前在人類手部複雜的『協同作用』智慧組織中觀察到的兩個層面之間存在直接聯絡。一方面，已知人類抓取行為的現象學表現出少數幾種模式的潛在空間，這些模式主導了手部的日常使用。另一方面，從脊髓重建用於控制手部的運動神經元訊號也顯示出一個低維空間，降低了其高維度的複雜性。這篇論文橋接了這兩個層面，證明瞭使用運動神經元語言更自然地控制仿生軟式手的有效性。」