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機器戰警的左右手──仿生義肢

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文 / 施柔安

在《機器戰警》裡,主角因爆炸受了重傷,被改造成半人半機械的超級警察。而真實世界裡,有更多的人,因為戰爭、意外、疾病,永遠地失去了身體的一部份。幾十年來,從虎克船長的鐵勾、美觀大於實用的假肢,到殘障奧運短跑選手使用的碳纖維義肢,科學家們一直不斷地研究與改善義肢的功能,創造出許多使用不同原理和應用目的的義肢,希望能讓這些失去肢體的人們生活更安全便利。

上週,美國食品藥品管理局宣布批准了一款新型的義肢手臂上市銷售[1]。這款代號Luke(和《星際大戰》裡被砍掉手後、裝上一隻幾可亂真假手的天行者 Luke同名)的義肢,是一款能夠以意念操控的仿生義肢,由曾發明知名2輪電動車Segway的Dean Kamen所在公司DEKA研發。它的大小、重量和外觀都與真實的手臂相仿,並可做出高達十種不同的動作,從最簡單的喝水、進食、梳頭、刷牙,到開鎖、撿硬幣、拿雞蛋,甚至是操作器械,許多是目前的義肢無法完成的。

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不同於目前廣泛使用的跨肢體牽引連動系統,Luke使用的DEKA arm system是經由電極來偵測殘餘肢體末端肌肉群的活動,再把信號轉換成相應的動作。這種方式讓使用者可以依照過去的經驗操作義肢,不需要一個關節接著一個關節地控制,使用上更自然也更直觀。

這看起來已經足夠厲害了,但是科學家們並沒有滿足。他們還希望可以「感覺」到物體的冷熱、形狀、硬度和質感。

今年二月,一篇相關的文章發表於Science Translational Medicine期刊[2]。這些神經科學家、工程師、醫生和機器人專家,將四個電極手術植入實驗參與者的上臂。這四個電極,會連接到特製的義肢上,將義肢表面受到的壓力資料,經電腦計算,改變成神經可接受的訊號,回傳給大腦。測試時,參與者不必盯著義肢,就能夠感覺到手正在做什麼,從而調整力氣拿起一些易碎的物品。

因為體積、重量和精準度的問題,讓它目前離實際應用還有很長一段路要走,且初期的價格肯定會無庸置疑地高昂。

當然,科幻小說中逼真靈活又普遍的機械仿生手臂永遠是科學家努力的方向──但我真心希望你我都沒有需要用到它的一天。

https://www.youtube.com/watch?v=uhOjRBGzUa0

 

 

作者施柔安:台灣人,出身長庚的物理治療師,現為新加坡 Villa Francis Home for the Aged 復健部主任

參考資料:

  1. Brandon Griggs FDA approves ‘Star Wars’ bionic arm. CNN [May 12, 2014]
  2. Stanisa Raspopovic, Marco Capogrosso, Francesco Maria Petrini, Marco Bonizzato, Jacopo Rigosa, Giovanni Di Pino, Jacopo Carpaneto, Marco Controzzi, Tim Boretius, Eduardo Fernandez, Giuseppe Granata, Calogero Maria Oddo, Luca Citi, Anna Lisa Ciancio, Christian Cipriani, Maria Chiara Carrozza, Winnie Jensen, Eugenio Guglielmelli, Thomas Stieglitz, Paolo Maria Rossini, Silvestro Micera “Restoring Natural Sensory Feedback in Real-Time Bidirectional Hand Prostheses” Sci Transl Med, Vol. 6, Issue 222, p. 222ra19, 2014.

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