科幻片《艾莉塔：战斗天使》，26 世纪的女主角在垃圾场被发现并改造为机械身体，重生后战斗力惊人。
而 21 世纪的现实世界，遇到意外不得已截肢的患者装上义肢继续生活、工作的例子也常有。
近日有一款全新仿生手问世，仿照人手的关键特徴，使患者恢复 90% 以上手部功能，仿生手的复杂性、弹性和适应性都有新突破。
能使用剪刀和喷嘴。
也能准确完成拿取、放下动作。
登上《科学─机器人》封面
这支仿生手名为 Hannes，由意大利理工学院和意大利国家工伤保险研究所 INAIL 义肢中心的团队研发。
9 月 23 日，研究团队论文发表于《科学─机器人》（Science Robotics）期刊，题目为“The Hannes hand prosthesis replicates the key biological properties of the human hand”（Hannes 手克隆人手的关键生物特徴）。值得一提的是，这篇论文也登上最新《科学─机器人》封面，看上去科技感十足。
论文介绍，要把义肢做到和人手能力相当、效率相当的地步，并非易事。
正如研究团队所说：
义肢仍然只是工具，无法替代患者失去的身体部分的生理功能。
一直以来，科学家设计义肢，主要参考的关键因素有这样几种：
- 运动学、大小、重量和外观等“拟人”特征。
- 速度、力量和弹性等效能。
- 稳定、有协调性的抓握能力。
现实是，即便由患者残肢肌肉的电讯号控制、有好几个灵活自由度的最先进义肢，也无法和人手的复杂性、弹性和适应性相比。由于效能不佳，义肢废弃率居高不下。
研究团队希望打造更接近人手特征的装置──但某些科学团队曾主张，认为可权衡取舍上述关键因素，但意大利理工学院和意大利国家工伤保险研究所 INAIL 义肢中心研究团队的看法是：任何特徴都不该放弃，应遵循不妥协的整体设计。
以这种设计理念为指导，仿生手 Hannes 在研究人员、患者、整形外科医生和工业设计师的共同努力下问世──设计理念还获得意大利 Compasso d’Oro 国际工业设计奖。
高度“拟人化”的 Hannes
看看仿生手 Hannes 有哪些特别之处吧。Hannes 由三大主要互动套件组成：
- 一个肌电多关节义肢，采用基于差动机构的欠驱动架构。
- 被动屈伸（F / E）手腕模组。
- 肌电界面／控制器，包括两个表面肌电（sEMG）感测器、电池组和控制电子元件。
参考下面酷酷的图示：A 部分展示直流电机和电机控制板内嵌于 Hannes，肌电界面／控制器位于插座内， F / E 手腕位于两者之间；B 部分是戴上手套的 Hannes。
且 Hannes 电力来源的电池组续航可长达一整天。不使用 Hannes 时，用户可用磁性插头连线器充电。控制器可向手传送随肌肉启动比例增加的速度参考，因此这套装置可针对不同患者调整控制参数，精准辅助每位患者的运动和力量控制。
Hannes 手掌和手指部分大小如下，研究团队将它和人手中位数资料（虚线）比较。
可看出 Hannes 高度“拟人化”──与人手最大的差异是中指，数值为 4.8%。
Hannes 除远端指间关节（DIP）外所有手指自由度都和人手类似；拇指表现不同的运动学特徴，例如指间关节（IP）和 MCP 关节锁定、向外展开受驱动、旋转被动。
如下图 A 所示，患者可透过适当调节肌电 EMG 活动来调节力度增加与减小，当施加强烈的 EMG 启动时，Hannes 可在 0.25 秒内迅速闭合，力量最大为 150N。B 图表明，Hannes 完全闭合不到 1 秒。
为进一步评估 Hannes 的有效性、可用性，有 3 位患者参与为期约 2 周的测试，1 号和 2 号参与者透过 Hannes 辅助有较好表现，执行工作所需时间分别减少约 10% 和 30%。也就是说，Hannes 有达到日常生活活动（ADLs）的要求。
从实验室步入市场
研究团队表示，过去十年科学家一直尝试设计功能和物理特徴接近人手的义肢。3D 扫描对侧肢体和“累积制造技术”（additive manufacturing techniques）都是较新颖的设计。
在研究团队看来，众多装置中，最成功的落地产品分别是：
美国、德国科学家联合设计的“米开朗基罗之手”，2013 年开始有患者安装。
成立于 1919 年的德国义肢巨头 Ottobock 设计的装置。
英国公司 2007 年首次推出的 i-Limb 仿生手，也是世界第一支商业化仿生手。
说回 Hannes，目前已获 CE 标志，也将进入医疗市场。研究团队正在找寻投资人，希望能量产造福更多患者。
虽然和实验室或市面义肢比起来，Hannes 效能有不小提升，但做动作的速度仍比人手慢，仿生手仍有很大的提升空间。
- The Hannes hand prosthesis replicates the key biological properties of the human hand
（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：INAIL）
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