2011年7月29日 星期五

美4所大學將攜手打造有觸感、可用大腦控制的義肢

美國有四所大學贏得了總額120萬美元、為期4年的美國國家科學基金會(NSF)贊助經費，將共同開發新一代的義肢，不但可傳遞感官訊息給病患，也能透過病患的思緒來進行控制；這四所大學包括萊斯大學(Rice University)、密西根大學(University of Michigan)、德雷賽爾大學(Drexel University)以及馬里蘭大學(University of Maryland)。

圖片修改自 http://www.newsdesk.umd.edu




萊斯大學的研究人員將打造一款義肢手臂，能透過一頂內嵌電極的帽子讀取使用者的腦電波(EEG)活動來進行控制；使用者的腦電波資訊會與透過功能性近紅外線(near-infrared technology)技術、從使用者大腦前額葉(frontal lobe)測得的血氧濃度等即時資訊整合，後者是由德雷賽爾大學的腦成像實驗室開發。

新型義肢將配備感測器，收集來自人造手指尖的觸覺資訊，以及手掌做抓握動作的力道資訊；這些資料會透過觸控板(touch pads)來震動、拉伸或是擠壓義肢與使用者身體連結部位的皮膚，回饋給使用者。這種方法與目前使用胸部或手臂肌肉的收縮來控制義肢的方式相較，似乎是更理想的替代方案；「以長期角度來看，我們希望義肢能擁有與自然肢體相同的功能；」萊斯大學共同首席研究員Marcia O'Malley表示。

先前該研究團隊曾開發過一款義掌(gripper)，能讓截肢患者依據感測回饋資訊，準確地感知並操控物體；馬里蘭大學的研究人員也研發過一種利用腦電波訊號的技術，可讓測試者輕易地以思緒來移動電腦螢幕上的滑鼠游標。

O'Malley 表示：「剩下的就是把所有的東西──非創性神經解碼(noninvasive neural decoding)、直接腦部控制以及觸覺回饋──全部整合在一套裝置中。」德雷賽爾大學研究員Patricia Shewokis則指出：「在理想狀況下，(我們開發的)觸覺或觸感回饋技術，可讓病患更容易地利用他們的義肢手臂準確地做他們希望用手臂做的事情。」

而 O'Malley也補充指出，新研發的技術對現有的、無法讓使用者感覺到他們所觸摸對象的義肢裝置來說，是一大躍進；市面上有部分義肢是使用力道回饋系統 (force-feedback systems)，會以類似手機震動模式的震動，對義肢手掌所抓取的物體提供有限的資訊。

「一般來說，那種震動回饋提示並不是很有幫助；」O'Malley表示：「在很多情況下，人們都僅是仰賴視覺回饋，也就是觀察他們的義肢抓握住的物體，來推斷該物體是軟的還是硬的，或者是抓握的力道；因此這方面的技術還有很多改善空間。」

在一年前，美國國防部高等研究計畫署(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)提供約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins)一筆3,450萬美元的基金，以打造一款透過植入大腦之神經感測器來控制義肢的技術；該為期4年的研究專案將使用約翰霍普金斯大學所開發的、配備22度(22-degrees)運動功能的義肢。

DARPA想打造更好用義肢的主因，是因為在美國參與波灣戰爭之後，有不少士兵在戰火中受到損傷；該機構的「人類輔助神經裝置研究計畫(Human-Assisted Neural Devices program)」旨在讓截肢病患能以思緒控制機械手臂。該計畫有關義肢手臂的後續研究，也包括了與約翰霍普金斯大學的一些最新合作。


電子工程專輯 2011/07/29 Judith Cheng 編譯



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