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2016/05/14 来源:奇点网
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导读
有这样一群科学家,他们所做的就是让假肢“有触觉”。美国国防部高级研究计划局 进行的一项名为“手臂本体感受和触觉界面”的研究项目,目的就是让假肢佩戴者通过借助具有无线传输功能的传感器,让假肢具有真实的反馈功能,使假肢真正成为病人身体的组成部分。
失去一只手是怎么样的感受?恐怕我们普通人都无法回答这个问题。而曾经一些有此经历的人表示,他们在失去自己的手之后,还是会感觉有“幻肢”的存在,但是事实上他们的假肢是没有触觉的。

有这样一群科学家,他们所做的就是让假肢“有触觉”。美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 进行的一项名为“手臂本体感受和触觉界面”(HAPTIX)的研究项目,目的就是让假肢佩戴者通过借助具有无线传输功能的传感器,让假肢具有真实的反馈功能,使假肢真正成为病人身体的组成部分。

来自克利夫兰退伍军人医疗中心的志愿者Spetic就是一位需要假肢的人,他在一次工厂意外事故中失去了自己的右手,但幸运的是,他作为实验项目的志愿者,接受了手指触觉神经接口移植。对于截肢者来说,假肢的功能作用大于肢体作用,普通的假肢是无法感受到任何感觉的,对于使用者来说,它更像是一个“工具”。

Spetic(右)与研究人员Dustin J Tyler(左)

研究人员们设计了一个实验,他们让Spetic去抓樱桃,拔掉樱桃的梗,但是樱桃在他手中碎掉了;接下来研究人员在假肢的拇指和中指中植入薄膜压力传感器,这次Spetic轻轻地抓住并拔掉了樱桃梗,而完全没有破坏樱桃。进行了大量重复试验后,研究人员得出数据,在关闭传感器的情况下,成功率仅有43%,而打开之后,成功率则高达93%。Spetic本人也说,感觉像是用自己的手在抓樱桃一样,这对“触觉假肢”的发展是极大的鼓励。

虽然听起来“植入”是很简单的,但是真正操作起来是需要志愿者做出一些牺牲的。他需要接受一场外科手术,手臂接入人造神经元电极,其中附带了电信号感应器,将其植入到人体手臂残存的神经里面后,它就扮演了连接人体神经系统和假肢微电子设备的“接口”角色。

Spetic的前臂植入了电极,上臂有导线与计算机相连

在一开始的试验中,假肢上共有20个触点,与3根神经相连,刺激不同的神经会产生不同的感觉,抓握物品时,通过复杂的电脑计算,神经元电极会将压力电脉冲信号转化成人体神经系统能够识别的神经脉冲信号,所以当截肢者触摸实物时,能够感知到物体的“真实的触觉和力量”。

在2014年时,研究人员在Spetic的前臂植入了3个电极接口,而后最多可以达到8个,等到下一代研发出来的时候,可能会达到现在的4倍。电极接口越多,越有可能使佩戴假肢的人重获更细致的感觉。

电极接口

虽然在刚刚开始实验的时候,当传感器开始工作,由于电流的作用,Spetic会感觉到刺痛,为了改善这种情况,提供更自然的感觉,研究人员尝试改变了电脉冲的时机和脉冲序列,根据他的感受不断地调整,最终他们发现,在一秒钟的电脉冲循环中,先增加再减少脉冲的强度,就可以将刺痛感变为更自然的“物体挤压手指的压力”。Spetic对这种压力的描述是“像把我的手指放在脖子上感受脉搏的压力一样”。

目前为止,Spetic已经能够感受到尼龙搭扣和砂纸的微弱的粗糙感,还能够感受到移动的物体飘过和拍打他的“手”的感觉,即使戴上眼罩,不依靠视觉,他也可以控制自己假肢的动作和力量。

未来,研究人员希望能够做出一个独立的微型处理器,不需要依赖外部电脑,可以植入假肢和“接口”之间,在日常不外接电源的情况下为“触觉系统”提供动力。这样,佩戴假肢的人就会像拥有了一个自然的“机械手臂”一样,随着技术的发展,还能够无限接近于真实的人类手臂。

Spetic佩戴“有触觉”假肢的日常生活

当这项技术获得成功后,获益的不仅仅是需要佩戴假肢的人。我们也许可以做个大胆的设想,四肢可以用机械代替,内脏或许也可以在技术条件下用机械代替,只要大脑不死亡,那么人类是否可以通过这一手段获得永生呢?这个谜题,不知道科学家们需要多久来为我们破解。

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