现代仿生假肢手在灵活性、自由度和功能方面几乎与天然手相当，但令人意外的是，高达50%的上肢截肢者在使用先进的仿生手后最终放弃使用，不再佩戴这些设备。犹他大学电气与计算机工程师杰克·乔治(Jake George)指出："我们的目标是让这些仿生手臂更加直观，使用户能够完成日常任务而无需刻意思考。"
控制困境：假肢使用的主要障碍
仿生手的主要问题在于缺乏自主性。我们抓取纸杯而不压碎它，或在半空中接住球，这些看似简单的动作实际上依赖于复杂的反射和反馈系统。当手中物体开始滑动时，指尖的机械感受器会向神经系统发送信号，使手部收紧握力。这一切在60-80毫秒内完成——甚至在我们意识到之前就已经发生。
相比之下，大多数商业化的仿生手缺乏这种内置的自主反射——一切都必须由用户控制，这使得它们极其难以使用。想象一下，你需要精确调整自然手中27个主要关节的位置，并选择20块肌肉中每块肌肉施加的适当力度。这已经足够困难，而仿生手与用户之间的接口带宽通常有限，进一步加剧了问题。
传统控制方式的局限性
大多数情况下，用户通过应用程序控制仿生手，可以选择预设的抓握类型并调整各种执行器施加的力度。稍微自然一些的选择是肌电图(EMG)技术，通过剩余肌肉的电信号来命令仿生手执行动作。但这种方法也远非完美。
犹他大学研究员、该研究的主要作者马歇尔·特劳特(Marshall Trout)解释道："要抓取物体，你必须伸手抓住它，弯曲肌肉，然后有效地坐在那里，专注于保持肌肉完全相同的位置以维持相同的抓握。"
感知与握力：传感器技术的突破
为了构建"直观"的仿生手，乔治、特劳特及其同事首先为其配备了定制传感器。研究人员从一款商业化仿生手入手，用包裹着硅胶的压力和接近传感器替换其指尖。这使得手部能够检测何时接近物体，并精确测量握力，既能避免压碎物体，又防止其滑落。
为了处理传感器收集的数据，团队构建了一个AI控制器，负责移动关节并调整握力。特劳特描述了训练过程："我们保持手部静止，来回移动它，使指尖接触物体然后移开。"
通过无数次重复这些来回动作，团队收集了足够的训练数据，使AI能够识别各种物体并在不同抓握类型之间切换。AI还独立控制每个手指。乔治解释道："这样我们实现了自然的抓握模式。当你在手前放置一个物体时，它会自然地适应，每个手指都会做自己的事情。"
共享控制：人机协作的新模式
虽然这种自主抓握技术之前已有展示，但该团队的创新之处在于确定了系统的控制权分配。早期研究依赖用户自主开启或关闭自主模式，而乔治和特劳特的方法则专注于共享控制。
"这是一种机器提供帮助的微妙方式，"乔治解释道，"它不是自动驾驶汽车那样自主驾驶，也不是像助手那样在你转向不打转向灯时把你拉回车道。相反，系统在后台安静地工作，感觉不像是在与用户对抗或接管控制。用户始终保持主导权，可以收紧或放松握力，或释放物体使其掉落。"
实验结果：成功率显著提升
为了测试他们的人工智能驱动手，团队邀请健全和截肢参与者操作易碎物品：拿起纸杯喝水，或从盘子里取鸡蛋放到别处。没有AI辅助时，他们大约10次尝试中只能成功1-2次。启用AI助手后，成功率跃升至80-90%。AI还降低了参与者的认知负担，意味着他们需要更专注于使手部工作。
现实世界的挑战与未来展望
"下一步是将这个系统真正带入现实世界，让某人在家庭环境中使用它，"特劳特表示。目前，AI仿生手的性能是在受控的实验室条件下评估的，使用的是团队特别选择或设计的设置和物体。
乔治警告说："我想在此说明，这只手不如自然完整的肢体那样灵活或易于控制。"他认为，假肢领域的每一个小进步都使截肢者能够在日常生活中完成更多任务。然而，要达到《星球大战》或《赛博朋克》技术水平，使仿生假肢与天然肢体一样好甚至更好，我们需要的不只是渐进式改变。
特劳特认为从机器人技术角度看，我们几乎已经到达那里。"这些假肢确实非常灵活，具有很高的自由度，"特劳特说，"但没有好的控制方式。"这在一定程度上源于将信息输入和输出用户本身的挑战。"皮肤表面肌电图非常嘈杂，所以通过内部肌电图或使用神经植入物改进这种接口可以真正改善我们已有的算法，"特劳特 argued。这就是为什么团队目前正在研究神经接口技术并寻找行业合作伙伴。
"目标是在一个设备中结合所有这些方法，"乔治说，"我们希望构建一个具有神经接口的AI驱动机械手，并与一家公司合作，将其推向更大的临床试验市场。"
技术创新与临床意义
这项研究代表了假肢控制领域的重大突破。通过将人工智能与先进的传感器技术相结合，研究人员创造了一种新型的假肢控制系统，它不仅提高了功能性，还显著改善了用户体验。共享控制模式的设计特别值得注意，因为它在保持用户自主权的同时提供了必要的辅助。
行业影响与未来发展方向
随着技术的不断进步，假肢行业正朝着更加智能化、个性化的方向发展。AI辅助假肢手系统的发展将推动整个行业向更高水平的用户体验和功能性迈进。未来，随着神经接口技术的成熟，我们可能会看到假肢与人体神经系统之间更加无缝的连接，实现真正的"意念控制"。
社会意义与人文关怀
假肢技术的发展不仅是工程学和计算机科学的进步，更是对残障人士生活质量的重要改善。通过提供更自然、更直观的假肢控制方式，研究人员正在帮助截肢者重获独立性和自信心。这种技术创新背后的人文关怀，提醒我们科技发展的最终目的是服务于人类福祉。
结论：迈向人机融合的未来
犹他大学团队开发的AI辅助假肢手系统代表了假肢技术的重要里程碑。它不仅展示了人工智能在医疗康复领域的潜力，也为未来人机融合技术的发展提供了有价值的参考。随着技术的不断完善和临床应用的扩展，我们可以期待看到更多截肢者通过这些先进技术重获更高质量的生活。
