目前高端假肢技術的瓶頸在哪裡?
答知乎問,記錄如下。
主要有三大瓶頸:動力源、控制演算法、感覺反饋。
動力源:肌肉是非常高效的動力來源,裸重只有幾斤的肌肉能在幾百毫秒內產生上百牛頓的拉力。這個出力效率用當前的任何一種動力源(電機、液壓、螺線管……)通通都達不到。這導致人工假肢在重量相等的情況下,很難有與人手一樣「秒出且充沛」的握力、抓力。
控制演算法:人的神經系統對人手的控制,可謂是神經控制皇冠上的寶石了。這裡面牽涉到複雜的力學與神經科學的耦合,而且和上面動力源的問題是相關的。由於沒有和肌肉一樣高效的動力源,所以目前假肢的控制方式都和傳統機器人差不多,因此難以復現人類肢體的一些基本特性,比如柔順性、抗干擾性等。
感覺反饋:人類肢體在運動過程中是時刻接收外界信息,並回傳到中樞神經系統形成感覺反饋的。沒有這層反饋,則肢體就處在一種「麻木無感」的狀態。當前的人工假肢仍然在尋找一種技術,能夠將感測器捕獲的外界環境情況回傳給人體。但這一條談何容易。如果解決了,那就是真正的「人機融合」了。
除此以外,假肢的力學結構也是技術瓶頸之一。不過由於3D 列印等技術的進步,現在湧現出了一批仿照人體結構的3D 假肢,這個方向上的近期技術突破比較顯著。
比如 Yoki Matsuoka 的線拉手:
Yoki Matsuoka 開發的具有解剖學精確性的假肢手
還有運動控制領域知名教授 Emo Todorov 開發的假肢手:
From Todorov"s Lab,控制做得好
再比如開源的 InMoov 的假肢手:
節省了一些解剖學精度、但工程上更可行的 InMoov 假肢。InMoov 連全身的部件都開源了
開源3D 模型網站 Thingiverse 上更是豐富:
Thingiverse 上的部分假肢手
仿生假肢手的感覺反饋和柔順控制恰巧是我們上海交大神經康復工程實驗室的研究重點,歡迎關注。SJTU神經康復工程實驗室
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