磁铁也能控制假肢？新型机械手帮助残障人士“恢复正常”

图虫创意

最近意大利比萨圣安娜高等学校生物机器人研究所的团队，开发出了一种新的机械手，能让患者就能像运用自己的手那样操控机械手。而且这款机械手已经在一位患者身上成功进行了测试。有的朋友就说，这假手真的能跟真手一样用吗？

咱们以前讲过脑机接口，脑机接口咱们以前的节目中讲过，感兴趣的朋友可以去看。脑机接口，简单来说就是患者脑袋里植入电极，采集电信号来分析他想的是什么，然后把信号传给安装的机械手或者其他机械装置，实现写字啊、走路啊等操作。

但这次还真不是脑机接口。毕竟脑机接口比较复杂，目前植入也有一定的难度和风险。这种新的机械手如果类比脑机接口的话，这个应该叫“臂机接口”，就是在截肢患者的残臂这里，安了个“插口”。

什么意思呢？

截肢的患者虽然失去手了，但是前臂残留的这些肌肉还是像以前一样受到大脑控制，按照大脑的指令运动。

这些残留肌肉的运动，会反映出这个人的运动意图。也就是说，截肢之前，患者想去抓什么，用手直接就去抓了。截肢之后，再想去抓的时候，手虽然没了，但是残留的肌肉还像原来一样跟着动。这种新的机械手就是通过检测分析这些残留肌肉的运动，把它们的“运动意图”的信号传给机械手，让机械手去执行。

具体怎么控制的呢？

这个科研团队使用大概几毫米大小的微型磁铁，植入截肢手臂的残留肌肉这肌肉一动，磁铁就跟着动，空间的磁场就会发生变化，再通过一种特殊的算法，把这种变化转化成对机械手的指令。和脑机接口相比，这个技术更简单也更安全，因为不用往脑子里植入电极了。

其实现在这种假肢的研究也有不少，都是想直接能通过残端的肌肉来控制手的各关节运动。那都是怎么控制的呢？

因为你看这里面可以利用的信号来源，就基本上只有肌肉了，所以这里面很大一部分用的是肌肉产生的电信号，我们也叫肌电信号。但利用肌电信号这种方式有个缺点，就是很容易受外部信号干扰，我读博士的时候曾经做个研究，需要测大鼠的肌电信号，难度真是特别大，干扰很多。

咱们这次说的这个研究呢，他们用的不是肌电信号，用的另外一种方式，就利用肌肉的运动，收缩和舒张，然后肌肉残端的位置就移动了，但这个其实也有它的难度，就是定量测量难度很大，所以他们用磁铁的这样一种方式，能做成功，特别不容易。

而且他们这个研究，虽然看起来也是机械手，但是和传统的机械手相比也有很大不同，咱们很多朋友看过科幻电影，很多科技馆里面也有相关展示。机械手能远程控制机械手臂，进行各种操作，但是传统的机械手一般不是为残障人士设计的，很多是人通过按键或者操作控制杆进行。

但是这个研究不同，这个机械手是给残疾人当“真手”用的。而且不是说让残疾人通过声控或者其他渠道间接控制，就是像正常手一样指哪打哪，这个就厉害。

科研团队给患者使用假肢测试了6周，患者可以相对自如的拿起和移动不同形状的东西，比如能倒水，还能开罐子、用螺丝刀、用刀切、拉拉链，还能自己控制抓住易碎东西的力度。

这个研究成果应该说是假肢科学领域里的重大进步，是科学家们为了改变假肢未来发展进行的一项前沿探索。所以科技的发展也为越来越多的残疾人解决了问题，利用科技帮助残疾人，也希望让他们能和正常人一样，也能正常生活，甚至将来用这个机械手也能弹琴，就像有的运动员，用假肢参加正常比赛。

不知道咱们大家还记不记得，2008年北京奥运会，有一位叫刀锋战士的运动员，皮斯托瑞斯，一个残疾人，没有小腿，残奥运他早就得过冠军了，2008年的时候他是用假肢参加正常人的奥运会，也取得了一定的名次。这位运动员刀锋战士确实非常不容易，但当时也有很多科学家反对他参加比赛的。为啥？这里面确实有一些伦理风险。你想啊，真要是机械的假肢装置代替人体原有的器官，如果还能取得好成绩，说白了人借助机械装置要是能提升成绩的话，就有可能就会促使一些人往这个方向使劲。咱们看金庸先生的小说《碧血剑》五毒教主何铁手，为了练功把手割下去换了个铁钩子，还有很多科幻电影也都是，有半机械人，把人体的一些部分换成机器。包括有的人也是自己的牙好好的不用，非要换成金牙。

所以其实咱们说很多科学技术都有两面性，用好了，造福于人，搞不好，就容易出现科学伦理问题。将来如果真是假肢科学发展的特别迅速，造出来的假肢比真的还好用，还更多功能，那可能我们还真是需要去解决一些科学伦理问题。不过话说回来，我们现在相关的技术还没有发展到那个程度，目前也不用担心那么多，所以这个研究对人类来说，特别是一些特殊人群，有着非常重要意义。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：张宇识

审核：刘志成 首都医科大学生物医学工程学院院长/教授

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司