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Robohand義肢自造入門需知

   
我們都聽多了「雙手萬能」,知道人類因站立而空出雙手,才「創造」出與眾生不同的文明世界,但是,我們的這雙手有多麼神奇?對我們的生活有多重要呢?

試著做一個動作,把一隻手的指頭握起來,過過一個小時沒有正常手指的生活。當你想洗個臉,怎麼把毛巾扭乾?想吃頓飯,在廚房、在餐桌上會有什麼困難 - 例如,該怎麼轉開一個罐頭?想出門了,如何脫下再穿上一件衣服,以及鞋、襪?如果想騎單車,又會是什麼情況呢?

從這樣的體驗,或許能夠更清楚由Robohand推展開來的開源3D列印義肢自造運動(故事由來),對於有需要的人會有多大的幫助了。本文中將介紹Robohand這類義肢的技術定位與自造需知。

認識義肢技術

今日的義肢技術不斷進步,甚至被喻為是這個世紀中最有希望的先進技術。在技術定位上,大致可依動力來源區分為被動式和主動式兩大類,其中身體動力型的被動式技術,靠的是身體既存肢體部位的關節肌肉力量,去連動控制手部義肢做出動作來,不需動手術或複雜的客製工程就能做到,Robohand就是這類型的義肢。

不過,被動式義肢的運用限制較大,使用上較費力,操作動作也無法太過精細,如想用它來彈一首鋼琴曲,恐怕會很挫折。相較之下,主動式義肢因有電池動力驅動馬達,讓使用上更省力、握力更強,在皮膚或神經感測技術的輔助下,甚至可以做到極精確和複雜的動作。

主動式義肢是集今日機、電、生物等科技大成的一項成果,它的外觀看起來與電影中常見的機器人四肢一般無異。目前發展中的主動式義肢可再分為兩大類,分別是肌電式(myoelectric)義肢及神經植入式義肢。

1. 肌電式義肢

肌電式義肢是目前較成熟的主動式方案,主要是靠對殘肢皮膚肌電圖(EMG)的感測來控制動作。這類義肢在各個關節中裝了微型馬達,已能相當精準地執行各種動作,例如拿起鑰匙插入鑰匙孔、為香蕉撥皮,或抓緊單槓將身體吊起在半空。知名的解決方案包括手部義肢的i-Limb及本刊曾報導過的腳部義肢BiOM,在開源計畫中則有Open Hand Project。

肌電式義肢在各個關節中裝了微型馬達,已能相當精準地執行各種動作。 肌電式義肢在各個關節中裝了微型馬達,已能相當精準地執行各種動作。

讓肌電式義肢動起來的關鍵,來自對安裝者既存肢體皮膚表面的肌電圖(Electromyography,EMG)的量測,也就是運用電極與肢體連結,去偵測肌肉輕微收縮時產生的生理訊號,它含有使用者大腦傳達過來的肢體運動意圖,經過訊號放大、運算解讀後,義肢中的處理器會控制機械結構做出大腦要求的動作。

i Limb義肢方案

Open Hand Project

極靈敏的手指義肢X-Finger

2. 神經植入式義肢

不過,即使接上了肌電式義肢,肢障者仍會覺得有些卡卡的,無法做到極細膩的動作,例如彈鋼琴,或是想做Maker的焊接動作。更先進的義肢科技正嘗試將義肢與殘肢的神經接駁,喚醒殘肢對應的神經與大腦區域,讓義肢不只是假肢,而像是「重生的肢體」一般,可以「為心所欲」的使用它。這是一個結合先進生物科技的發展中技術,有機會再做深入介紹,有興趣者可參考延伸閱讀。

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owenou

Author: owenou

曾投身IT、電子科技媒體報導十多年,因認同Maker運動的創新實作精神,創立MakerPRO,致力結合媒體、產業與PRO Maker、開發者的社群力量,共同推展科技創造力。

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