自然的 感觉

FAULHABER驱动装置用于假肢技术 用合适的力量抓取而不损坏物体或让物体掉落,触摸 和感觉物体的形状和肌理:一个肢体健全的正常人每 天都会重复这样的操作上百次而无需作出任何思考。
但这些运动其实是一种复杂的序列组合。若想人为仿 制,无疑是一个很大的挑战,但有一支研究团队在 FAULHABER微电机的技术支持下,已通过其LifeHand 2 项目取得了开创性的成功。

假肢的缺陷

如果已观看过一些残疾人运动比赛如残奥会,你 就会发现今天的假肢技术已达到了一个非常高的水 平。2014年夏天,德国跳远运动员Markus Rehm不能跟 随同伴一起参加欧洲田径锦标赛,因为德国运动委员 会担心他的碳纤大腿假肢会让他相对于那些身体健全 的普通运动员而占居一定的优势。但这种由碳和其他 材料制成的精巧假肢却有一个很大的缺点:截肢者无 法像使用缺损的自然肢体一样真正地使用它们。市面 上供应的手部假肢可以识别残余掌根的肌肉运动,能 让截肢者张开和合上假手及抓取物体。但缺少了回馈 给神经系统的感官信息,截肢者无法感觉到抓取的任 何东西。因此他必须时刻盯着假肢,以防捏碎物体。

可与真正的人手相比

LifeHand 2项目实现了巨大的突破。人造假手可使 假肢安装者用合适的力量抓取物体,并通过传感器 感受物体的特征,甚至还能准确地感觉是哪个手指 接触到了物体。假手的大小和重量与真正的人手相 当。LifeHand 2假手配备了传感器,可通过测量人造 肌腱内的应力产生触摸感,从而进一步操控手指运 动。测得的数据首先转换为电信号,然后传送给神经 系统。电信号可以通过神经纤维的电极传导至大脑。 计算机将来自传感器的信号转化为神经系统能够识别 的脉冲。脉冲再通过中央神经(Nervus medianus)和 尺神经(Nervus ulnaris)上的电极进一步传导给大脑。
仿生假手由瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的一个 国际研究小组研制而成。共有来自意大利、瑞士和德 国的六个研究机构参与了这一项目。Silvestro Micera教 授及其团队来自意大利的Scuola Superiore Sant’Anna 高等学校(SSSA)。他们研制出了感官回馈系统,可 以让患者在触摸和移动物体时产生一定的感觉。
2013年二月在罗马的Gemelli医院里,LifeHand 2假 手在Paolo Maria Rossini的监督下作为临床研究的一部 分进行了测试。Däne Dennis Aabo Sørensen是第一个 自愿接受LifeHand 2测试的患者。他在九年前的一次事 故中失去了左手。四个微型接口植入了他左手的主神 经。在装上假手前必须先通过手术装入电极并等待伤 口完全愈合。当Sørensen触摸物体时,假肢上的传感 器会产生感官信息,先由计算机进行处理,然后通过 刺激器传送给植入神经的电极,最后再传导给大脑。 整个过程需时不到100毫秒。如此短的时间不会让患者 产生传递延迟的感觉。Sørensen可以实时感觉到物体 的形状、硬度和质地,并利用这些信息,通过手指的 控制用正确的动作和力量抓取物体。
Sørensen学会操控假手的速度之快令整个研究小组 感到无比惊讶。测试过程中,研究人员蒙住了Sørensen 的眼睛,然后让他用LifeHand抓取物体。虽然无法 看到东西,但Sørensen不仅能成功掌控拿捏的力量强 度,还能描述物体的形状和质地。

精巧的FAULHABER电机

LifeHand拇指和其他手指的精细运动依靠FAULHABER 直流微电机实现。电机的直径和长度分别为13和 31毫米,结构轻巧、紧凑。FAULHABER直流电机的特 殊之处在于它的转子不是缠绕在铁芯上,而是由一个 倾斜缠绕的自承式铜线圈组成。此外,转子惯量小、 无齿槽效应也是Lifehand项目选用FAULHABER电机的一 个原因。

LifeHand拇指和其他手指的 精细运动依靠FAULHABER直流微电 机实现。
LifeHand拇指和其他手指的 精细运动依靠FAULHABER直流微电 机实现。
用合适的力量抓取物体, 同时不压坏物体或让物体掉落。
用合适的力量抓取物体, 同时不压坏物体或让物体掉落。