仿生手

仿生手最早是為了幫助受鎮靜催眠葯撒利多胺危害的兒童，作為一項研究項目的一部分，i-LIMB看起來和動起來就像真手一樣。之後，世界第一家“仿生手”工廠――觸摸仿生公司在英國蘇格蘭正式成立，並開始為客戶量身定做這種假手。如今經過改進的仿生手採用了最前沿的電子和機械技術，並由高強度的塑料製成，此輕便手首次成了世界新一代假肢產品。

世界首個走向市場的最先進的仿生手“i-LIMB”贏得英國科技創新頭獎。此仿生 手有5根可自由活動的手指，它擊敗了其他進入決賽的三項發明，榮獲英國皇家工程學院2008年的麥克羅伯特(MacRobert)傑出科技創新獎。在此次評獎中，其它進入決賽的三項發明包括一套照看保存在零度以下的數百萬份生物樣品的機器人系統、一個可以探測早期疾病跡象的化學感測器和一種專為柴油汽車設計的壓縮型過濾器。截至2007年7月，這項仿生手技術已用在200多人身上，包括在伊拉克戰爭中失去四肢的美國士兵和截肢者協會首席執行官雷·愛德華茲等。

英國最早配備這種裝置的愛德華茲1987年因患霍奇金病而導致手腳都截肢了，他在裝上i-LIMB仿生手1個月後說它改變了他的生活。

觸摸仿生公司首席執行官斯圖亞特·米德說：“i-LIMB仿生手是世界假肢市場中最引人注目的產品之一。這種仿生手有2個主要的獨特特點，一是我們把發電機放進每個手指，讓每個手指通過關節連接具有獨立性；二是它的拇指能像我們的拇指一樣彎曲90度。它是首個在形狀和功能上模仿人手的仿生手。”

觸摸仿生公司小組的努力獲得了英國科技界的認可，他們這次獲得5英鎊的獎金和一塊金牌。公眾可以在2008年9月前到倫敦科學博物館觀看i-LIMB仿生手。

名為i-LIMB的仿生手可以讓使用者順利進行開鎖、輸入密碼、開易拉罐等精細動作，如同真手一樣靈活。技術創新 i-LIMB仿生手由英國洛錫安郡列文斯通“仿生接觸”公司製造，發明者是英國國家醫療服務系統蘇格蘭洛錫安郡的戴維·高醫生。仿生手通過臂套與使用者的手臂相連，臂套中裝有一枚可充電電池以及一對電極。當使用者產生活動手部的想法時，大腦信號會被臂套中的電極收集起來。電極把大腦信號傳遞給位於仿生手手背的一部微型電腦，再由電腦向手指上的運動神經發出指示，從而讓手指活動。這款仿生手由汽車引擎零件常用的輕型塑料製成，重量比真手還輕，上面覆蓋著一層逼真度極高的人工皮膚，外形美觀。功能先進普通人造手通常只有一個運動神經，只能完成一些簡單動作，難以滿足使用者進行開鎖、輸入密碼等動作的要求。而i-LIMB仿生手的5個手指上各有1個運動神經，因此能完成更加精細的動作，完美地彌補了同類產品的不足，為使用者帶來極大方便。仿生手的手腕活動自如，5根手指都可以自由轉動，並且能獨立活動。它能順利完成開鎖、舉酒杯、端盤子等動作，就連輸入密碼、開啟易拉罐這種細緻動作也難不倒它。

世界上最先進的走向市場的仿生手被授予英國最高工程獎。“i-LIMB”仿生手有5根可自由活動的手指，這項發明擊敗了其他進入決賽的三項發明，榮獲2008年的麥克羅伯特(MacRobert)獎。這項仿生手技術已用在200人身上，包括在伊拉克戰爭中失去四肢的美國士兵等。事實上，這種假手早在1963年便開始在蘇格蘭得到應用，當時是為幫助受撒利多胺劑影響的兒童。位於利文斯通中考爾德(Mid Calder)的“觸摸仿生”公司發明了這種更加先進的仿生手。這種仿生手技術擊敗了其他三個進入決賽的競爭對手，在倫敦舉行的頒獎典禮上榮獲這項皇家工程院(Royal Academy of Engineering)獎。其他進入決賽的發明是一套用於照看數百萬份零度以下保護的生物樣品的機器人系統、一個可以探測早期疾病跡象的化學感測器和一種專為柴油汽車設計的壓縮型過濾器。

2007年7月，經過進一步改進的仿生手投放市場。英國最早配備這種 裝置的雷·愛德華茲(Ray Edwards)說：“這個發明真是棒極了。當仿生手裝在我身上時，我很激動，流下了眼淚。那是我21年來第一次看到自己的手張開了。我能翹拇指，能握住鋼筆，能做許多以前不能做的事。”麥克羅伯特獎評審委員會主席格奧弗·羅賓森(Geoff Robinson)博士表示：“觸摸仿生公司為建立一種可行性修復技術從根本上改變了基準點。我本人對這種仿生手進行了試用，可以保證它能像該公司所描述的那樣進行運作。如果有人不幸遇到意外，將依然有機會讓手臂再次在身上出現。”觸摸仿生公司首席執行官斯圖亞特·米德(Stuart Mead)解釋說：“這種仿生手有2個主要的獨特特點，一是我們把發電機放進每個手指，這就表明每個手指具有獨立性，通過關節連接；二是它的拇指能像我們的拇指一樣彎曲90度。它是第一種在形狀和功能上模仿人手的仿生手。”像美國宇航局和美國國防部高級研究局等其他公司和組織已研製出更先進的生化手。米德說：“我們的仿生手研製過程是在實驗室完成的，已經具備了商業推廣的水平。這種裝置不用手術就能安裝在患者身上。2個安置在皮膚上的電極能獲取肌電信號。”人體內部肌肉纖維的收縮創造了這些刺激。他說：“仿生手後面的電腦可以完成兩件事，一是辨識那些信號，二是控制手臂。”這種康復器械已用在了來自世界各地的200多人身上，包括截肢者協會(Limbless Association)首席執行官愛德華茲等。他說：“我很想再安上一隻仿生手。”愛德華茲把這種仿生手的使用比作“帶著一塊磚”，但是他又說：“好處遠遠大於消極方面。我很幸運。”如今，觸摸仿生公司正著眼於進一步改進“i-LIMB”，同時擴大它的使用範圍。米德說：“我們正在研究一套提供全部手臂部位的系統。目前，我們有了手腕、肘和肩膀原型。”

“全球第一手”技術一流

這隻堪稱“全球第一手”的精良仿生手名叫“i-LIMB”，由蘇格蘭公司“仿生接觸”製造，其發明者是英國國家衛生體系（NHS）蘇格蘭洛錫安區的復康部主管大衛·高醫生。高醫生潛心研究義肢20年，1998年開始嘗試研製仿生手。他表示，“這是當今市場上首隻指頭可以像真手般活動的義肢。因此技術堪稱世界一流。”“仿生接觸”公司總裁斯圖亞特·米德說：“我們希望改善嚴重傷殘人士的生活，現在我們達到目標了，實在令人鼓舞。”據了解，這款仿生手適合全球4800萬名需要安裝義肢的人。

“不再擔心捏碎杯子”

“i-LIMB”的臨床實驗大部分在美國進行，實驗對象皆為來自英國和美國的殘疾人，其中包括伊拉克戰爭的傷兵。他們大都表示，仿生手遠比一般義肢好用。美軍退役軍士、曾於2004年 在伊拉克失去一隻手的居安·阿利唐多表示：“現在我終於可以順順噹噹地拿起一隻塑料杯子，而不用擔心將其捏碎了。此前我在佩戴其他肌電手時，不得不集中注意力，計算該給杯子施加多大的壓力。現在i-LIMB能夠非常自然地完成這些動作。我完全可以像正常人一樣抓起杯子。”40歲的傑曼20年來用過不少義肢，仿生手的“全天候功能”令他很興奮：“我從前的義肢充其量只是無線機械鐵爪，但現在做什麼動作都可以。”26歲的林德塞·布洛克6個月大時便要佩戴義肢，仿生手的逼真度及靈活自主度令她驚訝。她說：“戴上仿生手后，我相信陌生人根本不會知道這隻手不是我的。”

每根手指都裝有馬達

仿生手市面上大部分義肢只能利用大拇指和另外兩指做些簡單動作，但“i-LIMB”的5根手指卻可自由轉動且獨立運作，從而可做出不同的複雜動作。比如，可將拇指靠向食指內側夾住東西，一如用鎖匙開門的動作。仿生手亦可做出較為細緻的動作，如用指尖拾起東西，更可控制食指在計算機鍵盤上打字或撥號。“i-LIMB”的每根手指都安裝有一個微型馬達，並且可由其穿戴者發出的神經脈衝加以控制。該仿生手憑手臂肌肉推動，其表面覆蓋有一層模擬人類皮膚的半透明人工美容皮膚，逼真度極高。只要裝上仿生手，貼在穿戴者手臂的電極會將信號傳送至微型馬達，推動仿生手活動。

對傷殘人士來說，老式假肢在很大程度上只是擺設，而沒有實際功能。但仿生手臂卻可以讓患者通過思維控制其運動，而且還能重新享受到久違的觸摸感覺。

2007年11月27日據英國《衛報》報道，60歲的傑西·蘇利文和27歲的美國退伍女兵克勞迪婭·米歇爾分別是世界上第一個裝上新型仿生手臂的男性和女性。不久前，美國最好的康復醫院芝加哥康復學院在他們的仿生手臂中增加了壓力感測器，它能夠把接觸信號傳遞到胸部皮膚下的感應接收器，併產生微弱的麻刺感，這樣患者就相當於用胸部來觸摸物體了。這一成果是該學院的神經工程仿生醫學中心主任托德·庫肯博士在“神經定向再分佈”技術研究中取得的最新突破。通過信號對胸部不同區域的刺激，傷殘者能感覺到來自手腕、手掌和手背的不同觸覺，儘管他使用的只是一隻不鏽鋼機械手臂。除了壓力，他們甚至還能分辨冷熱溫度，重溫疼痛的感覺。

在2007年2月，庫肯博士在《柳葉刀》雜誌上公布了仿生技術取得的突破性進展———用大腦操縱機械手臂。通過外科手術，患者斷臂殘端處的神經被連接到胸部肌肉群上，這樣肌肉群就能接收並放大從大腦發出的電子脈衝，然後再傳遞給仿生手臂上的感測器，以此支配其運動。在這裡，胸肌起到了信號“中轉站”和“放大器”的作用。經過訓練，因車禍失去一隻胳膊的米歇爾已經能熟練通過“動腦子”操縱假肢，如今她能用它切牛排和扒香蕉皮。因觸電而失去雙臂的蘇利文如今也能運用一條仿生手臂彎曲手肘或握緊拳頭，他還在嘗試開車這樣的高難度動作。

仿生研究得到了美國國防高級研究項目管理局在內的多家機構的資助。研究者希望將肌電的感測技術和“數控肢體”結合得更加天衣無縫，讓仿生手臂使用更方便、感覺更敏銳。科學家表示，他們的下一個研究目標是在胸肌處植入更多信號處理器，它們產生的刺激將讓人感覺到五指的觸感，如分辨物體的質感。當然，傷殘人士更希望戴上這種仿生臂之後能想讓它做什麼就做什麼。庫肯博士說：“有一天，斷肢者將會安裝上感覺像自己的肢體一樣的仿生臂，這是完全可能的。”參與仿生手臂研究的約翰·霍普金斯大學應用物理研究所希望，在2009年年底之前，打造出與真手臂一模一樣的、運動自如且具有靈敏觸覺的人造手臂。

2013年2月，瑞士研究人員發明了一種新的仿生手，可以讓截肢者恢復觸感。這種仿生手可以通過電極被直接連接到截肢者的神經系統，這樣接受移植者將可以自由地控制這隻機械手，也能把機械手的觸感傳導至大腦。

瑞士洛桑聯邦高等理工學院的西爾維斯特羅·米克拉博士參與發明的一款仿生手將給截肢者不一樣的感受，它不僅可以讓患者感覺到手部的觸感，而且還可以做出抓取東西的動作。

米克拉在波士頓參加美國科學協會年會時說：“這項發明將給截肢者帶來真正的希望，它將是世界上第一款給人實時感測反饋的假肢。 ”