殘缺的右前臂嵌入義肢中，再用這只義肢快速完成提重物、抓紙片、摞杯子、繞鐵環(huán)、盲盒取物等動作，而且不能有失誤……10月26日，在瑞士蘇黎世舉行的第三屆全球輔助技術(shù)“奧運(yùn)會”（又稱“半機(jī)械人仿生奧運(yùn)會”）中，中國選手徐敏最終以90分的成績榮獲本屆大賽“上肢義肢”組冠軍。
與徐敏“并肩作戰(zhàn)”的，是東南大學(xué)和中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所的科研團(tuán)隊。他們通過增強(qiáng)義肢的運(yùn)動可靠性、負(fù)載能力、靈巧性，讓徐敏力克對手奪冠。此次奪冠，也是中國選手在全球頂級科技助殘賽事中創(chuàng)造的最好成績。
全球輔助技術(shù)“奧運(yùn)會”由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院創(chuàng)立，每4年舉辦一屆。
此次大賽中，上肢義肢組是該項賽事中競爭最為激烈的組別之一。選手們要一次性完成義肢提重物、雙臂協(xié)作、精細(xì)物體抓取、盲盒抓取等10個義肢操作任務(wù)，以任務(wù)完成數(shù)量和完成時間判定成績。
代表中國出征的上肢義肢團(tuán)隊共由7人組成，除了參賽選手徐敏，其中有5位科研人員均來自東南大學(xué)機(jī)器人傳感與控制技術(shù)研究所宋愛國教授團(tuán)隊。
“此次比賽用到的義肢一共有三項核心技術(shù)，分別是肌電信號的解碼識別、力感知與力反饋、靈巧機(jī)構(gòu)的設(shè)計。”宋愛國介紹。
那么，義肢是如何與人體配合，以盡可能短的時間完成盡可能多的動作呢？
“人在做出某個動作前，是先由大腦感知周圍環(huán)境，隨后產(chǎn)生腦電波。腦電波沿著脊髓神經(jīng)傳輸出去，當(dāng)傳遞到前臂時，肌電信號就會控制肌肉收縮，繼而驅(qū)動動作產(chǎn)生。要讓殘疾人靈活使用義肢，就需要幫助他們做好肌電的解碼和識別?！彼螑蹏忉?，研發(fā)團(tuán)隊在選手的前臂斷肢的皮膚上貼了一對電極片，由它來解讀、識別殘肢肌電信號，再將其與義肢相連，驅(qū)動義肢運(yùn)動。
比賽中，殘疾人選手將操縱義肢手抓取多種物體，但由于殘疾人控制義肢的信號源非常有限，確保手指、手腕的可靠運(yùn)動成為需要攻克的問題。
團(tuán)隊領(lǐng)隊、中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所博士后胡旭暉介紹：“我們?yōu)樾烀袅可矶ㄖ屏舜┐魇郊鐜?，肩帶?nèi)有拉伸傳感器，可以監(jiān)測徐敏弓背時的肩膀運(yùn)動狀態(tài)。傳感器通過監(jiān)測肩部位移信號，與殘肢端獲取的肌電信號協(xié)同，控制手指的開合角度以及手腕關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度。弓背角度越大，肩部的位移量越大，手指開合度越大。反之亦然?！?/p>
比賽中，選手要抓取的物體、完成的動作差異很大，有時要能精細(xì)地擰燈泡、反轉(zhuǎn)手腕摞杯子，有時要能提礦泉水瓶、握榔頭、拎水壺。
那如何控制“手”上的力道？宋愛國介紹：“團(tuán)隊在義肢的手指上植入了力觸覺傳感器，用它來檢測抓取物體時，義肢抓取力的大小和力的分布，可以通過震動刺激將信號傳給手臂。如果抓取力越大，震動刺激就越強(qiáng)烈，選手就可以根據(jù)震動強(qiáng)度，決定要施加多大的力?！?/p>
比賽中的動作雖然都來自日常生活，但抓取一些精細(xì)的動作或者特殊的物體，對于上肢殘疾人群來說仍有挑戰(zhàn)。對此，團(tuán)隊因地制宜地設(shè)計義肢，讓它們更靈活、穩(wěn)定。
“例如，我們在義肢手指上設(shè)置了4個不同的抓取區(qū)。第一個功能區(qū)做得盡量水平，以便抓取紙片、藥匙這些平直物體，第二個功能區(qū)做成內(nèi)嵌的圓弧狀，以便能握住榔頭、瓶子等物質(zhì)，第三個功能區(qū)做成半球面，可以抓珠子等圓形物體，第四個功能區(qū)設(shè)置在手指的兩個關(guān)節(jié)處，便于做拎水壺等負(fù)重動作時固定物體位置?！焙駮熣f。
要在盡量短的時間內(nèi)，以盡量少的失誤完成規(guī)定動作，不僅考驗義肢研制技術(shù)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，也要對復(fù)雜的賽場環(huán)境有很強(qiáng)的感知力。
胡旭暉介紹，比賽中有一個項目類似“開盲盒”，要讓義肢穿過遮擋的毛刷，在肉眼看不見物體的情況下抓取硬度不同的圓柱體。為了讓義肢擁有“眼睛”，團(tuán)隊在義肢手指中安裝了攝像頭，通過視覺識別技術(shù)，將捕捉到的圖像信號轉(zhuǎn)化為光信號，輔助徐敏完成了抓取，也讓她成為所有參賽團(tuán)隊中唯一完成這項任務(wù)的選手。
“此次奪冠讓我們意識到，要以滿足殘疾人的需求為出發(fā)點開展科研。今后，我們將研制人機(jī)共融感更強(qiáng)、操作功能更實用、日常使用更輕便的義肢手，讓廣大殘疾人群體受益?！焙駮煴硎?。（金 鳳）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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