新华社记者 柯高阳
提重物、抓纸片、拧灯泡、摞杯子、绕铁环……10月26日，在瑞士苏黎世举行的第三届“全球辅助技术奥运会”（又称“半机械人仿生奥运会”）上，中国选手徐敏用义肢快速完成各项动作，夺得本届大赛“上肢义肢”组冠军，同时刷新我国在全球顶级科技助残赛事中创造的最好成绩。
与徐敏“并肩作战”的，是东南大学机器人传感与控制技术研究所的科研团队。11月5日，记者走进东南大学采访，了解这块“金牌”背后的科技助残故事。
“全球辅助技术奥运会”是由瑞士苏黎世联邦理工学院创立，主要针对残障人士与先进科技辅助设备结合的一项国际性赛事。参赛者使用辅助性的机械动力装置来完成比赛，以此推动助残科学技术的发展和加速产业化，让更多残障人士享受科技进步带来的便利。
本届总决赛共有来自26个国家的76支队伍参加8个大项的角逐，其中“上肢义肢”组是竞争最为激烈的组别之一。参赛队伍要一次性完成假肢提重物、双臂协作、精细物体抓取、盲盒抓取等10个假肢操作任务，以任务完成数量和完成时间判定成绩。中国选手操作的义肢如同“智能手”一般，仅用8分钟精准完成了数十个动作要求，赢得现场观众的连连喝彩。
残疾人与义肢是怎样实现“人机一体”完成各种动作的呢？义肢“智能手”研发团队负责人、东南大学机器人传感与控制技术研究所所长宋爱国解释，人在做出某个动作前，先由大脑感知周围环境，随后产生脑电波。脑电波沿着脊髓神经传输出去，当传递到前臂时，肌电信号就会控制肌肉收缩，继而驱动动作产生。
“要让残疾人灵活使用义肢，就需要帮助他们做好肌电的解码和识别。”宋爱国告诉记者，研发团队在选手前臂断肢的皮肤上贴了一对电极片，由它来解读、识别残肢肌电信号，再将其与义肢相连，驱动义肢运动。
要想实现操作“零失误”，“智能手”手指、手腕的驱动必须做到精准可靠。研发团队为选手量身定制了穿戴式肩带，肩带内有拉伸传感器，可以监测选手弓背时的肩膀运动状态。传感器通过监测肩部位移信号，与残肢端获取的肌电信号协同，控制手指的开合角度以及手腕关节的旋转角度。弓背角度越大，义肢手指的开合度就越大。此外，部分零部件使用了3D打印技术，在为“智能手”减重的同时，大大减轻了佩戴负担。
拧灯泡、摞杯子、拎水壶，这些动作和抓取的物体差异很大，如何控制“手”上的力道？“我们在义肢的手指上植入了力触觉传感器，用它来检测抓取物体时，义肢抓取力的大小和力的分布，可以通过震动刺激将信号传给手臂。如果抓取力越大，震动刺激就越强烈，选手就可以根据震动强度，决定要施加多大的力。”研发团队成员、中国科学院苏州生物医学工程技术研究所博士后胡旭晖介绍，为了让义肢的抓取功能更全面，研发团队还在义肢手指上设置了4个不同形状的功能区，分别用于抓取不同形状的物体。
回忆比赛，胡旭晖认为难度最大的项目是“盲盒取物”。这个项目要求选手用义肢穿过遮挡的毛刷，在肉眼看不见物体的情况下抓取硬度不同的物体。为了让义肢拥有“眼睛”，研发团队在义肢手指中安装了摄像头，通过视觉识别技术，将捕捉到的图像信号转化为光信号，辅助选手完成了抓取，也让中国队成为所有参赛团队中唯一完成这项任务的队伍。
在宋爱国看来，这枚来之不易的“金牌”不仅为“中国智造”增光添彩，也向全世界展示了我国残疾人康复事业的发展进步。“要以满足人的实际需求为出发点开展科研。”宋爱国说，未来研发团队还将持续研制人机共融感更强、操作功能更实用、日常使用更轻便的义肢手，用科技为残障群体生活提供更多便利。
