機器人肢體獲得觸覺

DARPA 聲稱在感覺假肢方面的突破直接利用大腦傳送和接收訊號

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


在過去的幾年裡,先進的假肢已經開始利用大腦訊號為截肢者提供令人印象深刻的新控制水平。患者思考,肢體就移動。但是,讓機械臂或手感知它所觸控的東西,並將這種感覺傳回大腦,一直是一項更艱鉅的任務。

美國國防部研究部門上週聲稱在該領域取得突破,釋出新聞稿宣揚一位 28 歲的癱瘓人士能夠透過假肢手“感覺”到身體感覺。據美國國防高階研究計劃局 (DARPA) 稱,研究人員已將人造肢體直接連線到他的大腦,使他甚至能夠識別出哪個機械手指被輕輕觸控。 2013 年,凱斯西儲大學的其他科學家也為截肢者賦予了觸覺,使患者的手指尖具有足夠精確的壓力感,從而能夠扭斷櫻桃梗。

政府目前沒有提供關於其成就的太多細節,只是說研究人員從連線到志願者感覺和運動皮層(分別識別觸覺和控制身體運動)的陣列中拉出電線,連線到約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室 (APL) 開發的機械手上。 APL 手的扭矩感測器可以將施加到其任何手指上的壓力轉換為路由回志願者大腦的電訊號。


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這一壯舉的程度將取決於 DARPA 尚未披露的細節。神經和調節假肢電子裝置所需的電線使用非常不同型別的訊號。後者取決於電子裝置在導電材料、半導體和其他元件中的流動。與此同時,神經系統基於神經細胞之間間隙中訊號化學物質的釋放。人體也不會喜歡在假肢手和大腦之間實現雙向通訊所需的電線和其他裝置。事實上,人體擺脫這些植入物的努力可能會在任何介面周圍形成疤痕組織並擾亂其功能。賓夕法尼亞大學的一組神經外科醫生在 2013 年 1 月的《大眾科學》文章“仿生連線”中闡述了這些挑戰。

根據賓夕法尼亞大學的神經外科醫生/研究人員 D. Kacy CullenDouglas Smith 的說法,需要的是一個介面卡插頭——一座“活體橋樑”——它可以轉換神經和人造肢體之間的訊號。下圖說明了這種介面卡的工作原理。

Cullen 和 Smith 的研究與 DARPA 的研究之間的主要區別在於,賓夕法尼亞大學的科學家正在嘗試將截肢者肢體上留下的神經末梢與連線到該殘端的假肢連線起來。許多不同的研究人員正在研究這種方法——許多不同的研究人員正在研究這種方法,它將使大腦能夠將傳入的訊號解釋為來自前臂、手和手指。如上所述,DARPA 資助的研究直接與大腦相連,這是一種更加精細和危險的方法。

即使這種連線到外周神經的介面卡能夠按設計執行,Cullen 和 Smith 也意識到仍然存在的障礙。首先,無法確定這種介面卡在需要更換之前能工作多久,免疫系統可能如何響應植入物,或者大腦解釋來自假肢訊號的能力。

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