機器戰警第一步有觸覺回饋的義肢數年內可望應用

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2019-08-23

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「機器戰警」(Robocop) 在現實生活中還只是一個夢想嗎？不再是了，歐洲科學家已成功發展出具有感覺能力的機械義肢「生命之手 2 號」(LifeHand 2)，不但能讓穿戴者產生觸覺，辨別物件形狀與軟硬度，還能直接從大腦下令變換手部的動作與握力的輕重。機器戰警出現在現世，已跨出第一步。

「電纜人」丹尼斯重拾左手觸感

「這種感覺實在太奇妙了…當我拿著一樣物品，我可以分辨它是硬的還是軟的，圓的還是方的」。丹尼斯‧阿伯‧索倫森(Dennis Aabo Sørensen)在9年前放煙火時，出了意外失去了左前臂，自此以後，他一直穿戴著義肢，不過他的人生在2013年有了巨大的變化。一組歐洲工程師替他安裝了一支實驗中的機械義肢，並且直接連接到左上臂中的神經，這代表著，丹尼斯不但能透過大腦直接下動作指令給義肢，義肢也能傳送更精細的感覺給大腦，讓穿戴者再次有了手部的觸覺。

（Photo Credit：Lifehand 2, Patrizia Tocci）

為了要證明義肢的觸覺功能不是事先跟丹尼斯串通好答案，由 Silvestro Micera 教授領導的團隊，將丹尼斯的眼睛矇住，並讓他戴上耳機，完全隔絕獲取外界訊息的機會。接著團隊分別拿椪柑、電話筒、塑膠杯、布等不同軟硬度的物品給丹尼斯握住，讓丹尼斯「感覺」過後再說出是軟、硬、還是中等。

（Photo Credit：Lifehand 2, Patrizia Tocci）

透過生命之手2號，丹尼斯可以分辨出瓶子與棒球的差別，還可以控制義肢握力的力道，「9年來我不能去感覺的東西，現在能感覺到了」「我的孩子覺得這很酷，說我是『電纜人』(Cable Guy)」

手臂植入電極接收脈衝訊號

為了達成這個目標，丹尼斯先在2013年初在羅馬格梅利醫院進行手術，在左上臂植入四個電極與尺神經及正中神經連接，再拉電線出體外，整個上臂都用紗布包起來，以免受到感染或電線不小心被勾到而扯出來，在需要使用的時候再將義肢或儀器連接上四條電極線。

（Photo Credit：Lifehand 2, Patrizia Tocci）

義肢部份，這個由瑞士洛桑聯邦理工大學和義大利聖安娜高等學校組成的團隊，在每一個人工肌腱上都安裝了感測器，可以透過感受到的壓力大小，轉換成電流傳送出去。不過團隊一開始面臨一個難題，就是電流訊號不夠精確，丹尼斯的神經系統無法辨識。

（Photo Credit：Lifehand 2, Patrizia Tocci）

團隊於是將電流訊號轉換成神經系統能辨識的脈衝訊號，再透過手臂上四個電極傳送到丹尼斯的大腦。Micera 表示「我們提供的就是觸覺的資訊」「這是現實生活中第一次我們可以透過義肢，讓使用者根據觸覺的反饋去進一步控制他的手部的動作。」

▲義肢5個手指上的人工肌腱有許多感測器，它們能偵測觸覺的壓力程度，將之轉換成電流（左下）。為了讓神經系統能夠辨識，透過訊號轉換的程序（中下）轉換成神經脈衝波（右下），再透過四個連接到手臂裡神經的電極，將訊號傳送回大腦，便可辨別瓶子、棒球等不同物件的觸感。（Photo Credit：EPFL）

幾年內可望臨床應用

這項研究成果刊登在「科學轉譯醫學」(Science Translational Medicine)雜誌。目前實驗中的還是原型機，按照歐盟法律規定，使用一個月後電極就需移除。不過研究團隊持續進行下一階段的研究工作，包括義肢對圓周運動的感應度、植入電極的部份要如何處理，讓使用者生活更方便、減少手術的次數，另外像訊號的轉換需要電腦計算，因此丹尼斯實際上還不能帶著義肢趴趴走。