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並非夢想 截肢者能用假手彈鋼琴

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【大紀元2017年12月29日訊】(大紀元記者晨曦編譯報導)《星球大戰》中盧克.天行者的仿生手即將在地球上成為現實。近日,佐治亞理工學院的科學家們發明了一種超聲傳感器,被截肢的人藉此能夠控制單個的假手指去執行精密動作,這是當前的商業假肢所無法企及的。

首個使用這種假肢的人是位音樂家,他在五年前失去了部份右臂。但現在他已經能夠用假手彈鋼琴,甚至還能演奏《星球大戰》的主題曲。

「我們的仿生手臂由超聲波信號驅動,」該項目的負責人、佐治亞理工學院音樂科技中心主任溫伯格(Gil Weinberg)教授說。「通過這項最新技術,手臂能夠探測到使用者想活動哪根手指,即使他沒有手指。」

與溫伯格合作的音樂家叫巴恩斯(Jason Barnes)。這位28歲的年輕人在2012年的一次事故中觸電,醫生不得不把他的右臂肘部以下部份截肢。巴恩斯失去了右手和大部份前臂,但在殘肢中仍保留有控制手指的肌肉。

巴恩斯的假肢類似市場上多數的同類產品,由連接到他肌肉上的肌電圖(EMG)感應器控制。通過按壓手臂上的按鈕,巴恩斯可以將假手切換到不同模式。每種模式有兩個設計好的動作,他通過屈伸或收縮他的前臂肌肉對其進行控制。比如,屈伸能夠使大拇指和食指夾緊,收縮則可以握拳。

「EMG感應器並不十分準確,」溫伯格說,「雖然它們能夠探測到肌肉的運動,但由於信號過於嘈雜,所以無法確定使用者想要動動哪根手指。我們曾努力嚐試改進巴恩斯的EMG探測模式,但仍無法做到對單個手指的控制。」

但是,研究者們想到了超聲波機器。他們與佐治亞理工學院的另兩位教授展開合作,在巴恩斯的手臂上裝了個超聲波探頭,就是醫生用來觀察子宮中的胎兒的那種探頭。通過這個探頭,他們就能觀察到巴恩斯的肌肉運動模式。

「那一刻令我們感到興奮,」 溫伯格說。

當巴恩斯試圖動一下假無名指時,其肌肉的運動不同於操縱其它任何手指的運動。該團隊將每一種獨特的肌肉運動模式都寫入計算程序中,這樣程序就能夠迅速確認巴恩斯想要控制哪根手指。超聲波信號和機器學習可以探測到每根手指的連續的、實時的動作,以及巴恩斯想要用多大的力量。

「這實在是令人非常震驚,」 巴恩斯說。「我能夠用這個假手握住任何想握的東西,而且是即時的,不用轉換模式或按壓按鈕。我從沒想過我們能做到這一點。」

這是溫伯格的實驗室為巴恩斯做的第二個假肢了。巴恩斯喜歡鼓,所以該團隊在2014年給他安裝了帶有兩個鼓槌的假肢。他控制其中一個鼓槌,另一鼓槌則跟隨音樂自行即興演奏。

假肢讓他有機會重新開始打鼓。機器鼓槌擊鼓的速度能夠超過世界上的任何鼓手。這一發明引起了全世界的關注,巴恩斯和溫伯格的機器手在四大洲都參加過音樂會,甚至在華盛頓DC的肯尼迪中心都進行過演出。

這次成功促使溫伯格向前邁進了一步,他新發明的假肢讓巴恩斯又找回了曾經失去五年的手指的靈活性。

「如果這種假手臂能夠演奏音樂,比如進行鋼琴彈奏這種微妙而富有表現力的動作,那麼這項技術就能夠用於進行其它多種精細的活動,比如洗澡、梳頭、喫飯等,」 溫伯格說。「我同樣也能預見到,擁有完整肢體的人,僅僅通過動一下自己的手指,就可以遙控機器手臂和機器手。」◇

責任編輯:朱涵儒

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2017-12-30 10:22 PM
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