失去手指的機械工程師獨立打造機械手,網友:太賽博朋克了
2020年07月11日12:23

原標題:失去手指的機械工程師獨立打造機械手,網友:太賽博朋克了

魚羊 蕭簫 發自 凹非寺

量子位 報導 | 公眾號 QbitAI

這隻硬核機械手火了。

能穩穩抓握,也能伸張自如:

是不是有點金剛狼內味了?

更令網友們驚歎的是,這樣一隻機械手,是一位失去左手四指的機械工程師Ian Davis獨立打造的。

這不禁讓網友在直呼賽博朋克之餘,想起了《鋼之鍊金術師》中的主角愛德華·艾爾利克——原作中為救自己的弟弟失去右臂,後女主替他製作機械假肢。

△ 愛德華·艾爾利克

事實上,Ian Davis製作機械臂的初衷,多少與愛德華的經曆有點相似,這個機械臂,是他為自己失去四根手指的左手製作的假肢。

作為一名機械工程師,自失去手指後,他開始自行研發各種更易於操控的機械臂。

下圖是Ian Davis製作的、舊版機械臂的抓握效果,非常驚人。

△ Ian Davis此前製作的一款機械臂,可以抓扁可樂罐

看起來如此酷炫的機械手,究竟是如何代替正常手指運轉操控的呢?

一隻手,從零打造硬核機械手

這隻硬核機械手,是純機械結構。

機械手指靠連杆和鋼索帶動。從演示視頻中可以看出,目前能夠實現的抓握和張開手指的操作,是依靠手掌和手腕的動作來實現的。

手腕內扣,手指收攏;反之,手指張開。

手腕橫向運動,裝有萬向節的機械手指就能夠伸展開。

另外,手指的狀態是可以鎖定的。在結構上,Davis採用了帶有離合器軸承的鏈輪鎖定裝置。

可以看到,拉動鏈條,由於離合器承軸位於鏈輪內側,手指就會被固定住。

整個機械手的控制,由Arduino來驅動,Davis還設置了專門的圖形操作界面。

不錯,系統可以連接wifi,並配備有藍牙模塊,這樣就可以接入各種手工工具,比如磨床等。

而在設置模塊中,無需連接電腦,使用者就可以對各種閾值進行調整。

如果某一天出汗較多,就可以調高電導率的閾值,使汗液不影響對機械臂的控制。

並且,這套設備中也配備了陀螺儀,因此調節以上設置的操作都可以通過手腕的動作來實現。

不過,Davis的機械手目前仍有許多需要改進的地方。比如四個手指只能同放同收,並不能單獨活動。

因此,Davis在接下來的幾週內,計劃在機械手指關節處加裝電子裝置,控制離合器軸承的接合和脫離,這樣他就可以單獨鎖定和解鎖單根手指。

而所有的工作,都是在Davis失去左手四指之後,靠著僅有的完整右手一步一步從零打磨完成的。

網友感歎,無法想像這個機械臂製作的背後要花費多少時間和精力。

想像一下,這麼酷炫的作品背後要花多少時間和精力,而且,機械臂發出的聲音實在令人滿意。

更多網友送上了自己的祝福:

這太酷了。我想說的是,我對於你失去的手指感到難過,但你真的做出了一個非常酷的手!

「如果設計能被延續」

在這般精密專業的機械臂背後,Ian Davis本人的生活並沒有想像中耀眼。

命運總是開過分的玩笑。

兩年前,Ian Davis得知自己患有多發性骨髓瘤,一種由漿細胞引起的癌症,這種病症會導致骨痛、骨質破壞與貧血,嚴重可致腎功能衰竭與癱瘓。

而就在不久後,一次工作事故致使他左手骨折。

醫生給出的答覆是,只能截指,否則難保生命。

但這對於一個機械工程師而言,無異於致命打擊。

與此同時,保險公司也不留情面,他們告訴Ian Davis,除非連手掌都在事故中被截肢,否則不予支付安裝假肢的費用。

掙紮了一段時間後,Ian Davis決心給自己做假肢,用他僅有的一隻右手。

在製造出這次更精密的機械手臂之前,他也曾嚐試過不同材料結構的機械臂,下圖中左側的機械臂就是他之前用舊的機械臂,這些機械臂的架構無一例外都很逼真。

△ 新舊機械臂對比

這次的機械臂是他在前幾任機械臂的基礎上進行改進的結果,不僅手指張開的效果有了非常大的提升,而且抓握的靈敏度更好。

自事故以來,Ian Davis坦言自己的世界正在變得越來越小:「大部分時間里,我都是在辦公室修改和製造新的機械臂原型。」

曾有網友表示,這樣的設計沒能流行起來真是一種遺憾。

但目前來看,Ian Davis已經開始尋求更進一步的應用,希望能與一些高校的生物醫學工程系進行合作,為其他截肢者提供一點幫助。

他認為,自己依舊是幸運者。

相比於他來說,還有更多經曆與他相似的、在各種事故中失去手指和手臂的截肢者,這些人卻無法像他一樣,能為自己做機械臂。

「我覺得,最美好的事情,是我看見自己的設計能在身邊的人身上得到延續。」

機械假肢相關研究

其實,用機械來彌補四肢殘缺帶來的不便,一直以來都是相關領域研究人員的願景。

此前,一項來自英國帝國理工學院的研究表明,通過新型傳感器和機器學習技術,機械假肢能夠探測到使用者的脊髓運動神經元發出的電信號,用「意念」控制假肢。

這樣一來,患者就可以通過假肢實現更精細、更複雜的操作。

不過,使用這套系統需要先進行外科手術,將與手和手臂運動有關的部分周圍神經系統,重新導向健康的肌肉。

這項研究發表在了《自然·生物醫學工程》上。

中科院深圳先進技術研究院,同樣開展了此類研究。

研究員李光林及其團隊研發的多功能仿生假肢,能通過肌電信號(EMG)解碼識別出人的運動意圖,使「意念」控制假肢運動成為可能。

並且,相比於同類型假肢20-25萬元人民幣的售價,這款採用3D打印技術的假肢預計售價在3-5萬元人民幣。

如果這樣的前沿研究能夠順利完成臨床試驗,並推向市場,對於殘障人士而言,無疑將給生活帶來新的可能。

參考鏈接:

https://nerdist.com/article/intricate-mechanical-hand-prosthetic-is-cyberpunk-af/

https://gizmodo.com/amputee-builds-a-set-of-incredibly-articulate-prostheti-1844281443

https://www.youtube.com/channel/UCv1xxFkEiAdCVy6foEEUIvw

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