东大团队研发出“智能手”，助力残障人士问鼎世界级大赛
人机合一化身“钢铁侠” 拧灯泡提重物不在话下
徐敏在东南大学四牌楼校区展示“智能手”。 通讯员 唐瑭 南京日报/紫金山新闻记者 徐琦 摄
南报网讯（记者 何洁） 开罐头、拉拉链、拧灯泡是再简单不过的动作，但上肢残疾的残障人士却难以实现，如今东南大学科研团队研发的一款“智能手”让他们不仅能完成一系列复杂的精细动作，还能提得起重物。在近日举行的第三届全球辅助技术奥运会上，中国选手徐敏凭借“智能手”完成所有比赛任务，获得“上肢义肢”组冠军。可以灵活转动，“拿得起放得下”，还能通过环境感知完成盲盒取物，11月5日，记者见到了这款功能强大的“智能手”。
右前臂戴着“智能手”的徐敏像是酷酷的“钢铁侠”，轻松完成了拧开矿泉水瓶、叠放杯子、插取卡片等动作。在今年难度升级的全球辅助技术奥运会上，她和“智能手”同样配合完美，在连续8分钟内一次性完成拎取水瓶、端铁锅、拉拉链、起钉子、拧灯泡等10个假肢操作任务，每一个动作都又稳又准，最终以90分的成绩登顶。这也是中国科研团队在全球顶级科技助残赛事中创造的最好成绩，打破了往届假肢组均为纯机械式假肢摘得冠军的纪录。
没有操作按钮，徐敏是如何控制“智能手”的？东南大学仪器科学与工程学院教授、东南大学机器人传感与控制技术研究所所长宋爱国介绍，对于正常人而言，大脑感知环境作出动作意图后产生脑电波，脑电波通过脊髓神经传递到外周神经，形成的肌电信号控制肌肉收缩而形成动作；对于残障人士而言，虽然失去了上肢，但他们在产生手部动作意图的过程中，仍然会产生相应的肌肉电信号。团队将肌电电极贴在假肢操作员残肢肌肉表面，通过表面肌电信号的采集和解码分析来获悉人的运动意图，进而操控假肢完成动作。同时，肌电假肢还装备了高灵敏的力触觉传感器，对假肢进行精准控制。
“我们研制的是轻量化自由度义肢手臂，具有电动开合、电动腕旋、手臂腕翻等功能。穿戴重量不到900克，最大抓取力达到120牛顿，能够胜任比赛中规定的捏取晾衣夹不跳脱、抓取灯泡不碎裂等各项大负载以及精细操作任务。”宋爱国团队研发成员之一胡旭晖是此次大赛的中国队领队，他告诉记者，团队提出了“体躯—肌电”混合控制办法，研发的柔性可拉伸肩带用于准确检测侧肩部运动意图，可以对假肢手精准开合，基于残肢侧表面的肌电信号则可实现对假肢手腕的旋转控制。
“因为长时间没有使用右残臂，肌电信号很弱，花了两年时间训练和磨合后，智能义肢和我已经实现‘人机合一’，拧灯泡、提重物等都不在话下。”仔细观察，徐敏的“智能手”上还安装了小小的摄像头，这也是创新点之一——基础机器视觉的手眼系统，能够解决对特定形状和材质物体的精准感知与定位。“这相当于我的眼睛，因为在比赛中我们要完成盲盒取物，‘智能手’是无法感知物体的形状和材质的，摄像头则可以在黑暗环境下清晰成像，识别物体的形状、材料。”徐敏说。
从2007年开始智能肌电假肢技术研究以来，宋爱国团队在智能肌电假肢的力触觉感知、力触觉反馈、自适应力控制、肌电信号识别等关键技术领域取得了重要突破，已落地转化的第二代肌电假手目前国内市场占有率超过60%。未来，团队还将持续推进基于神经电信号接口的仿生软体假肢手，为残障群体研发出肌电信号意图识别更加精细、感觉反馈更加灵敏、结构自由度更高的智能假肢。
【来源：南京日报】
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