2008-04-23

「流體手」:能分別移動每根手指

'Fluidhand': Each finger can be moved separately
http://www.physorg.com/news128082539.html

April 22, 2008

它可握住一張信用卡、以食指使用鍵盤、並舉起重達 20 公斤的袋子 -- 世上第一個可商業化取得的義手,那可分別移動每根手指,而且有一系列令人驚艷的握法配置。全世界第一次,一位在(德國)海德堡,Orthopedic 大學附屬醫院的病患,同時測試「i-LIMB」手並比較另一種創新義肢,即所謂的「Fluidhand(流體手)」。18 歲的 Soren Wolf,他生下來只有一隻手,對於其能力很關注。

這種新義手無疑比之前的型號更具優勢。例如,來自於另一家製造商,可比較的標準產品,只允許用拇指、食指與中指夾握,而非用五根手指握牢。這無法完全掌握(full-wrap grip)一個物體。

來自於手臂殘餘部份的肌電(myoelectric)訊號控制這個義肢。

複雜的電子學與包含在手指中的五個馬達,讓 i-LIMB 的每根手指能單獨驅動。拇指的被動定位讓各種抓握配置能被啟動。來自於殘肢的肌電訊號控制義手;肌肉訊號由電極在皮膚上拾起,並傳送到義手中的控制電子裝置。電池提供所需動力。

來自於 Karlsruhe 的 "Fluidhand," 到現在為止仍只是一種原型,那也在 Orthopedic 大學附屬醫院的測試中,是基於某種不同的原理。不同於它的前輩,這種新手也能緊緊環繞物體,即使那些具有不規則的表面。具有較大規模的接觸表面與柔軟、被動形態的零件(element)大幅減少需要握住這一種物體的握取動力。

此手感覺也比較柔軟、更具彈性且比傳統的手義肢裝置更加自然。

"Fluidhand" 義肢裝置提供更好的修整(finishing),與更棒的抓握功能。

彈性裝置直接位於可動的指關節中,且依照蜘蛛腳的生物學原理運作 -- 以屈曲關節,彈性腔室則由微型水力學擴大(pumped up)。在這種方式下,食指、中指與拇指可獨自移動。義手會帶來反饋給殘肢,讓被截肢者能感覺抓握的強度。

到目前為止,Soren 是海德堡唯一一位測試過二種型號的患者。"這種體驗對我們來說相當重要," Simon Steffen 說,Orthopedic 大學附屬醫院上肢部主任。這二款新型號是這些測試中最好的,Fluidhand 則具有一點優勢,因為它的修整比較好、可程式化的抓握配置、力回饋以及更多容易的可調整控制。然而,這種義肢裝置並不在量產中。

在製造它的成本相對較高的情況下,"首先,開發者得找到一家公司來生產它," Alfons Fuchs 說,Orthopedics 大學附屬醫院整型工程主任。然而,它有可能生產一款特有的型號。到目前為止全世界只有一人為了日常用途,接受 Fluidhand。在海德堡的第二位患者將很快地裝上這款創新義肢。

※ 台灣誰有興趣呀?

打電玩 用像的

獨特仿生手的里程碑
仿生手臂大進化:模擬肌肉
大學生發明能替聾啞人「說話」的手套
仿生之眼:具有電路的隱形眼鏡帶來超級視力?
眼神操控病床 癱瘓患者不求人
聲控福祉車 輪椅族重掌方向盤
膝蓋支架從步行中產生電力
個人虛擬的一小步,卻是人類真正的一大步

研究證明「手」無法被愚弄
研究者打造第一個人類神經細胞組織
血管:使神經細胞生長的吹笛手
即興表演中多數腦前額葉合作讓創造力流洩

荷蘭機器人 Flame 像人一般行走
蒼蠅眼可強化機器人視覺

4 則留言:

fsj 提到...

科學突破:猴可藉念力控制機械臂

潘勛/紐約時報廿九日報導 中國時報 2008.05.30

美國科學家表示,他們已成功進行實驗,在兩隻恆河猴的腦中植入微小的感知器,而讓猴子學會只用意念,便控制機械臂來拿取食物,猴子甚至可以視食物的大小與黏度,調整指揮機械臂。科學家表示,這項科技最終可讓癱瘓的人更容易駕馭自己的生活。

研究報告發表於《自然》周刊線上版,被視為腦部與機器介面科技迄今最驚人的展示。

視機械臂為身體一部分

在以往研究中,學者便指出癱瘓多年的人可以學會用腦波去控制電腦螢幕上的游標;此外人類以外的靈長類可以用意念來驅動機械臂。

但這次新實驗更進一步。實驗中,猴子的大腦似乎已接納了機械臂,將其視為身體的一部分,能因應實際物體而即時且細膩地調整機械臂的動作。實驗中科學家先溫和地限制住恆河猴的雙臂,讓牠們學會使用多出來的機械臂。

顱骨植入級柵接上電腦

這次實驗是由匹茲堡大學及卡內基美隆大學的學者合作進行。實驗中,兩隻恆河猴先運用搖桿而體會使用機械臂;機械臂有肩關節、手肘、能握住東西的掌以及兩根機械手指。

接下來,專家把雀斑大小的級柵植入猴子顱骨,置於運動皮質上,蓋住能傳遞訊號、進而指揮手臂及手部運動的一片皮質細胞。級柵係由100個微小電極組成,每個電極各接上單一神經元。級柵的線路再穿出猴的頭蓋骨,連上電腦。

實驗使用的電腦有程式來分析那100個運動神經元的集體運作,再將其總合轉譯成電子指令,同時傳送到機械臂;機械臂則安裝在猴子的左肩。

食物進嘴比率三分之二

科學家用電腦協助猴子學會使用機械臂,基本上是用「生理回饋」來教授技巧。幾天之後,猴子便不需協助,安坐在椅子上,用大腦操縱機械臂伸出去拿葡萄、蜀葵等懸吊在前面的珍饈。而食物成功送進猴嘴的比率約三分之二,比起以前的實驗成果更令科學家振奮。

兩隻猴子學會的動作有:機械臂伸出去拿食物時,掌部要打開,再恰當地合起來拿住食物,並在進食之際逐步放鬆。

有幾次,食物卡在機械指上,猴子在指揮機械臂回來時,乾脆任其掌部打開;其他幾次,一隻猴子還移動機械臂,把指上的食物舔乾淨,或者進一步把殘餘食物往嘴裡塞,而不理會新的食物已經出現。

研究團隊學者認為,猴子顯然能自由發揮,發現機械臂的新用途,表演出虛擬環境裡不會出現的動作。

實際應用還有幾項障礙

但是專家表示,這項科技還有幾項障礙必須克服,才能派上實際用途。比如植入式的電極級柵一般撐不了幾個月,其原因不明;解讀並傳輸訊號的設備太過累贅,有必要持續追蹤與調整。此外,無線感應系統還沒人能做出來,無法不穿透頭蓋骨。

兩隻恆河猴駕馭義肢的學習曲線讓科學家信心滿滿,認為這些都屬技術問題,不難克服。

選擇權林總兵 提到...

癱瘓的人有可能是
1.腦波紊亂導致傳遞給身體錯誤訊息
2.腦波傳遞給身體中間過程出現錯誤
3.身體接受腦波不正確解譯訊息
如果是1的情形癱瘓的人還是沒救

fsj 提到...

智慧義肢 找回手的「真」感覺
http://www.libertytimes.com.tw/2009/new/oct/20/today-life4.htm

自由時報 2009.10.20

感應器傳給腦部感知訊息

〔記者湯佳玲、編譯魏國金/綜合報導〕義大利和瑞典的科學家團隊,研發出具備真手基本感知功能的義肢,成為最接近「真正的手」的裝置,是結合生物科技與機械的發明,科學家們稱作「智慧手」(SmartHand)。

研究人員指出,智慧手內裝置有四個電子馬達與四十個感應器,當智慧手對物體施壓,便能啟動感應器,感應器再刺激手臂神經,將訊息傳輸到大腦感知部分,進而讓使用者能感覺物體。

握東西時可精準拿捏力道

致力於輔具研發的陽明大學物理治療暨輔助科技研究所兼任助理教授魏鴻文解釋,現行一般義肢手臂多數要靠另一隻手來幫忙握持東西;電子義肢手臂則是利用手部握放時的肌肉作用,產生肌電訊號,執行握放,可做到手部的握、放及上、下旋轉;「智慧手」把現行電子義肢手臂利用肌電訊號施力、且單向施力的能力,提升至「力量回饋」的層級,也就是當你要握住一個東西時,感應器會透過中樞神經系統調整施力的大小,就像要握住一個空的和裝滿水的礦泉水瓶所要使用的力量是不一樣的,以前電子手臂是用相同的力量去執行,「智慧手」則可以有不同的施力,「拿捏」變得更精準。

使用者能感覺肌肉在活動

瑞典的截肢病患愛肯斯坦是全球首位智慧手使用人,他因右腕發現侵襲性腫瘤,為了阻止癌症擴散而接受截肢,他過去戴著一個電子鉤。對於智慧手,他說:「我用到多年未曾使用的肌肉,雖然非常困難,不過一旦能控制動作,就非常好,小馬達讓我的知覺逐漸回來,這些小馬達在我手臂的一些點施壓,當我緊握某物,我的手指就能感受這個東西,這很奇妙,很令人驚喜。」

「智慧手」計畫由歐盟出資進行,總經費達一百八十萬歐元(台幣近八千七百萬元)。研究人員目前持續進行知覺反饋系統的改良工作,其目標是讓電子馬達與纜線更小。智慧手研發計畫由瑞典蘭德大學領軍,包括義大利、丹麥、以色列與愛爾蘭等相關研究單位參與合作。

fsj 提到...

新一代電子手 指頭抓握更靈活
http://www.libertytimes.com.tw/2009/new/dec/9/today-life12-2.htm

自由時報 2009.12.09

〔編譯陳成良/綜合報導〕英國科技公司「Touch Bionics」自去年研發出第一種可彎曲手指的義肢、號稱全球最先進的生化電子手「i-Limb」之後,又發明出有如電影「魔鬼終結者」般逼真的全球第一個仿生手指「ProDigits」,讓斷指病患重獲新生。

全球斷指人口福音

先天性指頭不全、受傷或因病而斷指的病患,斷指數目從一到五根,都適合安裝「ProDigits」,病患戴上之後,每個手指都可彎曲、觸摸東西並靈活抓握,還能用單一手指作出指點的動作。全球估計有一百二十萬名斷指人口,研發人員希望「ProDigits」能提升他們的生活品質。

每個「ProDigits」都是量身打造,套接在病患殘餘的手上,並透過「肌電感應器」記錄殘留手指或手掌的肌肉訊號,加以控制;病患也可選擇用一種感應壓力的觸板,藉由手掌骨骼周邊殘留的指頭或組織提供所需的壓力來啟動「ProDigits」。

「ProDigits」具自動感應功能,接近物體時會先靜止下來,不會因為無法感知、控制力道把物體弄碎。

有多種外皮可選擇

「ProDigits」有各種外皮供選擇,包括高科技透明感、黑色機器人皮等,當然也有像真人皮膚一樣的仿真外皮。不過這種剛問世仿生手指不便宜,包括安裝費、專業治療以及外皮費用在內,平均每個病患要收費三萬五千至四萬五千英鎊(約台幣一百八十四萬至兩百三十七萬元),目前安裝病患都是自費,「Touch Bionics」希望未來能由公家健保體系支付,以造福更多病患。