全世界有超過(guò) 500 萬(wàn)人上肢截肢。失去一只手通常是災(zāi)難性的，嚴(yán)重限制了一個(gè)人的日常活動(dòng)能力。盡管可以使用人造假肢，但最廣泛使用的假肢仍然是美容裝置或功能性鉤狀?yuàn)A具。盡管一些擬人化的神經(jīng)假肢手（例如 i-Limb Hand、Michelangelo Hand、Bebionic Hand 和 Vincent Hand）已經(jīng)商業(yè)化，但它們都依賴于電動(dòng)機(jī)和復(fù)雜的機(jī)械部件。這些神經(jīng)假肢手的重量大（> 400 克）和成本高（> 10,000 美元）嚴(yán)重限制了它們?cè)诮刂颊咧械膹V泛使用。
鑒于此，中國(guó)上海交通大學(xué)朱向陽(yáng)、谷國(guó)迎和麻省理工學(xué)院趙選賀等人為肘部以下截肢的人開發(fā)了彈性假肢，使得截肢人實(shí)現(xiàn)了利用輕巧的假手可以在不壓碎草莓的情況下抓取草莓，并且在被錘子擊中或被1.5噸重的車輛碾過(guò)后仍然可以工作。成果發(fā)表在Nature Biomedical Engineering上。
該設(shè)備擁有一個(gè) 3D 打印的手掌和五個(gè)關(guān)節(jié)手指，其中包含通過(guò)加壓空氣移動(dòng)的硅膠管。來(lái)自前臂肌肉的電信號(hào)控制著手，其中手有五種結(jié)構(gòu)。柔軟的神經(jīng)假肢手由五個(gè)柔軟的手指和一個(gè)提供六個(gè)活動(dòng)自由度的手掌、四個(gè)肌電圖傳感器組成，用于測(cè)量殘余前臂肌肉的表面肌電圖 (EMG) 信號(hào)以控制手提供四種常見的抓握類型，以及指尖上的五個(gè)水凝膠-彈性體電容傳感器，用于測(cè)量觸摸壓力，從而引發(fā)對(duì)殘肢皮膚的電刺激。
圖|軟神經(jīng)假肢手的設(shè)計(jì)和操作
其他通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)控制的假手可能花費(fèi)超過(guò) 10,000 美元。該團(tuán)隊(duì)版本中使用的組件成本卻不到 500 美元。手也比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品要輕得多，這多虧了腰間的一個(gè)袋子里面裝著電池和用來(lái)將手臂信號(hào)轉(zhuǎn)化為動(dòng)作指令的電子設(shè)備。袋子還裝有用于供應(yīng)空氣的泵和閥門。
研究參與者只需要 15 分鐘就學(xué)會(huì)如何控制假肢，假肢使用從指尖上的壓敏傳感器發(fā)送到上臂電極的信號(hào)提供反饋。一名佩戴軟性神經(jīng)假肢手的經(jīng)橈動(dòng)脈截肢者展示了手的靈巧和多功能功能，具有原始觸覺和閉環(huán)控制在日常活動(dòng)中，例如處理工具，進(jìn)食，握手，撫摸動(dòng)物和識(shí)別觸摸壓力
圖|經(jīng)橈動(dòng)脈截肢者佩戴柔軟的神經(jīng)假肢，恢復(fù)日常活動(dòng)中的多功能手部功能
值得注意的是，就在一周前，趙選賀等人開發(fā)了一種受藤壺膠啟發(fā)的生物粘合劑，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同組織的快速、穩(wěn)健和不依賴血液凝固的止血密封。同樣是發(fā)表在Nature Biomedical Engineering上。
參考文獻(xiàn)：
1. Gu, G., Zhang, N., Xu, H. et al. A soft neuroprosthetic hand providing simultaneous myoelectric control and tactile feedback. Nat Biomed Eng (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00767-0
2. Yuk,H., Wu, J., Sarrafian, T.L. et al. Rapid and coagulation-independenthaemostatic sealing by a paste inspired by barnacle glue. Nat Biomed Eng(2021).https://doi.org/10.1038/s41551-021-00769-y
