近日，在第三屆全球輔助技術(shù)奧運(yùn)會(huì)上，中國科技團(tuán)隊(duì)攜人機(jī)共融型生機(jī)電一體化假肢手奪冠，這也是中國科研團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)全球頂級(jí)的科技助殘賽事中首次奪冠。11月5日，揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞?dòng)浾卟稍L獲悉，這只“智能手”的關(guān)鍵技術(shù)正來自東南大學(xué)機(jī)器人傳感與控制技術(shù)研究所宋愛國教授團(tuán)隊(duì)。
安燈泡、拉拉鏈……8分鐘闖10關(guān)
“盲盒任務(wù)”只有中國隊(duì)完成了
“全球輔助技術(shù)奧運(yùn)會(huì)”又稱“半機(jī)械仿生奧運(yùn)會(huì)”，此前，中國科研團(tuán)隊(duì)在上肢假肢組創(chuàng)造的最好成績是2023年度挑戰(zhàn)賽冠軍和2024年度挑戰(zhàn)賽季軍。
用“智能手”安燈泡、提重物、拉拉鏈……“上肢義肢”組是大賽中競(jìng)爭(zhēng)最激烈的組別之一，分預(yù)賽、決賽兩輪展開角逐。每輪比賽中，參賽選手要在8分鐘內(nèi)過10關(guān)，以任務(wù)完成數(shù)量和完成時(shí)間決定成績。中科院蘇州醫(yī)工所博士后胡旭暉在本次大賽擔(dān)任中國隊(duì)領(lǐng)隊(duì)，他告訴記者：“有一個(gè)關(guān)卡是‘盲盒任務(wù)’，就是從一個(gè)不透明和盒子中抓取指定性狀和材質(zhì)的物體。這個(gè)任務(wù)只有中國隊(duì)完成了，也只有中國隊(duì)每次都能做對(duì)。”
記者采訪揭秘
這只假肢手為何如此靈活？
在東南大學(xué)，記者看到，“智能手”安裝在參賽選手徐敏的殘缺右小臂上，肩上還背了一個(gè)小巧的智能背帶。抓取水瓶、擺放餐具，甚至擰瓶蓋、插卡片這類精細(xì)操作也能順利完成。
沒有控制按鈕，這只假肢手為什么能如此靈活？胡旭暉向記者介紹，“人機(jī)共融型靈巧肌電假肢是通過檢測(cè)殘肢的電生理信號(hào)來控制義肢靈巧運(yùn)動(dòng)，并將義肢感知信號(hào)反饋給使用者。比如在這次比賽中，我們的參賽選手截肢后失去了右手，我們可以提取她殘肢上的肌肉信號(hào)以及肩部運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，通過兩種信號(hào)來控制兩個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，這樣就可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)假肢手開合、手腕旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作。”
記者采訪獲悉，本次宋愛國團(tuán)隊(duì)研發(fā)的人機(jī)共融型生機(jī)電一體化假肢手在設(shè)計(jì)思路、硬件設(shè)備等方面也具有創(chuàng)新點(diǎn)。胡旭暉說，“我們研制的是輕量化三自由度義肢手臂，它可以電動(dòng)開合、電動(dòng)腕旋、手臂腕翻，重量不到900g，最大抓取力可以達(dá)到120N，能夠勝任比賽中的各項(xiàng)大負(fù)載或精細(xì)化操作任務(wù)。”
他們提出了‘體軀-肌電’混合控制辦法，研發(fā)的柔性可拉伸肩帶用于準(zhǔn)確檢測(cè)側(cè)肩部運(yùn)動(dòng)意圖，可以對(duì)假肢手精準(zhǔn)開合，另外基于殘肢側(cè)表面的肌電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)假肢手腕的旋轉(zhuǎn)控制。另外還構(gòu)建了基礎(chǔ)機(jī)器視覺的手眼系統(tǒng)，解決了對(duì)特定形狀和材質(zhì)物體的精準(zhǔn)感知與定位。
“科技要向善”
東大機(jī)器人技術(shù)將繼續(xù)造福民生
記者了解到，東南大學(xué)在機(jī)器人技術(shù)研究上由來已久。“1958年，東南大學(xué)查禮冠教授帶領(lǐng)師生研制了我國第一臺(tái)仿人機(jī)器人。查禮冠教授是我國機(jī)器人事業(yè)的先驅(qū)者之一，也是東南大學(xué)機(jī)器人傳感與控制技術(shù)研究所的奠基人。”宋愛國表示，1983年是國家開展機(jī)器人技術(shù)研究的一個(gè)重要時(shí)期，當(dāng)時(shí)研究所的重點(diǎn)是開展機(jī)器人的感知技術(shù)以及人機(jī)交互機(jī)器人技術(shù)的研究。
宋愛國介紹，從當(dāng)年的人機(jī)交互發(fā)展到人機(jī)協(xié)同，再到現(xiàn)在的人機(jī)共融，研究所始終秉持“頂天立地”的科研精神，圍繞國家重大工程做最前沿的研究。
“一方面是科技向上，要能夠頂尖，要做高水平的科研；另一方面要科技向善，科學(xué)研究要有利于民生發(fā)展。”宋愛國表示，研究所2007年開始義肢研究，到2022年已經(jīng)推出了第二代義肢機(jī)器人，中間進(jìn)行了多次的改進(jìn)。“未來，我們將繼續(xù)增強(qiáng)假肢的感知靈巧性，同時(shí)進(jìn)行腦機(jī)接口方面的推進(jìn)。另外，利用新的驅(qū)動(dòng)方法，將機(jī)械手改為軟體假肢，可以像正常的手一樣，更加美觀也更利于穿戴。”
