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仿生手：历史，未来和现实

一个人失去任何肢体或器官是一个大问题。在某些情况下，您必须忍受它，但正如该行业中一些公司的代表所表示的那样，有时现代假肢可以使“残疾人”成为具有“能力增强”的人。

在本文中，我们将讨论手假肢。在这里，我们将不涉及牙齿，眼睛，耳朵，面部，人的内脏甚至腿的话题。让我们从中世纪开始，当时截肢是抵抗感染最有效的方法之一。维多利亚时代的装置和现代仿生假体将继续这个话题，最后我们将讨论这个方向的未来。

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骑士钢之手


这种用钢制成的手假体可以追溯到16世纪。它有两个手指和一个拇指，可以占据某些位置。使用掌后部的按钮进行管理。该装置是Götzvon Berlichingen Chevalier假肢的三种。该设备允许拾起物体，甚至可以用笔写字。

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这是另一位骑士的手。

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在17世纪制造的铁臂内部，有一种机制可以使剩余的臂弯曲以控制拳头的握紧。显然，它是现代牵引假体的原型。

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据称这种木制假体是在1800年制造的。

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另一个木制假体据说是使用电缆控制的。人造手在史密森尼博物馆展出。

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来源：

inventory.smithsonian.org较富裕的人可以使用类似于19世纪初期这种固定装置的义齿钩。当我读这篇文章时，我确信直到20世纪才存在这种假肢。这种假体

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的肘部，腕部和手指可以在1850年至1910年之间移动。可能在这只铁手上戴了手套。虽然该设备看起来非常有趣。 2013年，关于一个来自荷兰的神奇假肢的帖子被卡在了哈布拉哈伯

。该帖子包含1837年教育部杂志第7期的扫描，其中描述了“一种新设备的机械臂，可以完全取代这些珍贵成员的损失。” 您向两名军人提供了两只这样的手，您可以挥手，移动手指和拿东西。根据以前的假肢实例（存储在各个博物馆中，并由历史学家和科学家进行描述）来判断，正如用户认为的那样，本文仍然不能算是鸭子。

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下图显示了1861-1865年的美国内战退伍军人。

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在19世纪这只女性人造手的手掌上可见孔，这些孔可能已用于固定钩子或其他使生活更轻松的装置。

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资料来源：collectmedicalantiques.com

二十世纪



下图中的假体是为一个16岁的女孩在胳膊肘以下失去手臂而制成的。假体由木材，皮革和织物制成。应当注意的是，他们在这里考虑的是设备的外观及其功能：腕部旋转，手指改变位置以及在手掌上添加了挂钩-这样您就可以例如携带一个包。假体在伦敦科学博物馆展出。

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这就是19世纪和20世纪假肢的样子。在科学博物馆展出。

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在这张照片中，一名德国士兵在车间使用左手假体工作。该照片包含在堪萨斯州的第一次世界大战国家博物馆中。

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这是瑞士的假肢。在最佳传统中-使用不同的可互换喷嘴。提出了

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这个假体在伦敦的科学博物馆。它是在1959年为一个17岁的男孩制作的。

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来源：sciencemuseum.org.uk

最早的假肢接受者之一是军事人员。在这种情况下，来自布鲁克林的假肢制造商在广告海报上表示，他为与美军合作感到自豪。

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如您所见，这种假体在过去几十年中变化不大。

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现代仿生假体


首先让我们看看“仿生假体”是什么。仿生学是一门结合了生物学和技术的应用科学。野生动物可以帮助科学家找到技术设备的解决方案。有一些生物仿生学，从理论上研究生物系统中的过程，并为这些过程和技术建立数学模型。我们现在需要技术仿生学：与假肢一样，它应用理论仿生学模型来解决工程问题。

以前，由“仿生”暗示的专家对这种设备进行了修复，这些设备与他们要替换的身体部位相似。从现代概念的角度来看，这些假体是那些受电子和生物电流控制的假体，即它们使用的是肌成像或脑电图。

英国RSLSteeper公司目前在假肢领域拥有90多年的经验，于2010年将BeBionic仿生假肢推向国际市场。当时，用于成年人的人造手臂只有四个功能性握把，但它已经允许您进食，喝水，打印，打开锁中的钥匙，使用自动取款机并握持小物件。使用该设备，使用者可以打碎鸡蛋并将一次性杯子握在手中-因为即使按压力也是由传感器从肌肉中去除的命令控制的。



缺乏大众需求和低竞争是仿生假肢非常昂贵的主要原因。 2013年，假手掌的价格高达10万美元。

如何减少假体成本？需要使其生产便宜。 2013年，IndieGoGo的众筹活动成功完成，以创建一个开放且价格合理的手掌假体，其大部分细节都可以在3D打印机上打印。该设备具有用于每个手指的独立驱动器，触觉反馈并通过皮肤读取信号以进行控制。设备的手掌是电驱动器和Arduino上的控制板。



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布局儿童版Dextrus，铁人的程式化的臂。

另项目，Limbitless解决方案，这使得低成本的假肢，在2015年安排小罗伯特·唐尼和七岁的男孩亚历克斯的一次会议上，给孩子一个仿生假体在他最喜欢的英雄的武器套装的形式。

这是非常重要的-通过打印假体的3D打印机生产成本总额仅为350美元。该项目本身主要为家庭不在家的儿童制作这些假肢。负担得起在仿生手臂上花费30-100 000美元。



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2014年，约翰·霍普金斯大学开发了一种假体我们在一个男人的肩膀和下方失去手臂的人上进行了测试，为了控制假体，系统从胸肌读取信号。



Bebionic是世界上最严重的人工假肢参与者之一。他们经常在媒体上说，这家公司制造了第一个仿生假体。在此视频中，展示了来自Nigel Ackland的BeBionic 3肌电假体的功能，该假体在俄罗斯和机器人世界享有盛誉。



2016年6月，第一只英国人收到了Bebionic小刷子-一种现实的假体，由于其小巧的尺寸，适合女性和青少年。来自伦敦的29岁的尼克·阿什韦尔（Nicky Ashwell）出生时没有右手，她一生都使用没有任何功能的美容假体。从照片来看，尼基决定不戴上模仿人体皮肤的手套。

“小小仿生”假肢重390克，最多可容纳45千克，并有14次抓取。

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2016年5月，现年26岁的James Young 接受了假体就像《合金装备实战》系列游戏的英雄Solid Snake的手一样。詹姆斯在火车上时失去了左臂，受伤了左腿，并遭受了其他伤害。在医院接受治疗之后，他接受了标准的假肢，他本人称这是丑陋的。现在，他正在“推出”人造手臂的另一个原型。

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照片：dailymail.co.uk

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Metal Gear Solid 5

从上面的示例可以看出，现代仿生假体具有足够的功能来进行各种日常活动。但是，科学家正在研究的另一件事是：假体的敏感性。对于一个人的手来说，重要的是要了解要挤压多少东西，什么东西可以拿到手里，什么东西不能拿到。因此，使用人造刷子-它将大大提高感觉能力。

2013年，克利夫兰退伍军人事务医疗中心和凯斯西储大学的一个团队开发了一种假体，其传感器直接连接到其余肢体的神经末梢。在这种情况下，来自传感器的脉冲与您自己的手发送的脉冲没有区别。测试该设备的第一位志愿者说，他开始感觉到“手指”，手掌和手掌的后背。在下面的视频中，一名志愿者尝试从樱桃上撕下一根树枝-首先关闭人造手的灵敏度功能，然后再打开它。在第二种情况下，他可以更好地应对这一任务。



DARPA在2013年中还引入了反馈假体，作为RE-NET（可靠神经接口技术）计划的一部分。该机构将一直致力于这个项目，直到2016年。

2015年，一名28岁的瘫痪病人使用与大脑相连的假体，开始触摸各种物体，包括触摸每个手指。这是另一个程序“ 革命性假肢”的一部分。



2014年，由于不小心处理烟火“玩具”而失手的丹尼斯·阿博·索伦森（Dennis AaboSørensen）被自愿测试有反馈的假体。假体的电极连接到人的神经系统。信号强度由计算机计算，丹尼斯开始感知物体的大小，形状和纹理。

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俄罗斯的仿生假肢


在俄罗斯市场上，几乎没有任何参与者将仿生假肢武器用于商业用途。开发工作由初创公司“ Motorika”进行，该公司因引入联邦计划而闻名，该计划为残疾人提供了为儿童提供牵引修复术的技术手段-多亏了这家公司，儿童才能以国家为代价获得牵引修复术。在此视频中，测试了Stradivary人造刷的第四原型，该团队计划于2016年10月至11月在俄罗斯开始生产和安装该原型。

皮层假体是肌电的。无需手术干预即可安装。表面肌传感器内置于接收套筒中，可以触摸皮肤上肌肉区域中的某些位置，捕获肌肉收缩过程中的电位并传输信号以张开或闭合手。

安装这种类型的假体时遇到的主要问题是前臂的肌肉发育较弱。为了避免这个问题，Motorika还为儿童制造了牵引机械假体-这种假体不仅有助于执行手的各种功能，而且还可以用作模拟器。



根据Motorika的创始人Ilya Chekh所说，现在仿生假体的发展有两个方向。

首先是感觉，即允许假体拥有者接收有关其正接触设备的物体质量信息的反馈。

第二是植入所有元素，包括框架和传感器。 James Young假体的问题之一（与Metal Gear Solid相似）的问题之一是需要取下这种假体进行睡眠或淋浴。将来，假肢很可能会像威尔·史密斯（Will Smith）执导的电影《我，机器人》中的主人公那样。不是在匹配自己的四肢方面，而是在缺乏额外护理的方面。

现在在世界上非常流行的廉价假体印刷方向。 3D打印机的可用性和分发导致了这一点。有各种项目可帮助您免费获得牵引修复体，以及可用于最终确定和打印肌电修复体手的计划。伊利亚·切赫（Ilya Chekh）认为这个方向是暂时的：它将在未来10至12年内流行，而可植入技术将得到发展和扩展。现在，3D打印的成本较低，但质量明显下降。与传统技术相比，它极有可能永远无法提供最佳质量。与使用打印机使用聚合物进行打印相比，使用钣金激光进行切割总是更便宜，更好。至少是这样，如果您考虑新闻界发展的现有范例，而不幻想物体的分子结构。印刷旨在最大程度地减少原型设计和研发的时间和成本。

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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN394579/

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