携“手” 创新

大部分人只在科幻电影中见过功能性假肢。这些假 肢给人工肢体超人的力量。相较而言，现实中仿生手 假肢并不会使佩戴者成为超人英雄。但这些假肢可以 帮助患者完成大部分人都能进行的正常动作。

Bebionic肌电手假肢重400到600克，与自然手重 量相当。假肢由人体弱电信号控制。肌肉收缩产生 这些信号，并被皮肤上的电极测得，原理与心脏检 查中的心电图相似。假肢轴上装有两个电极检测肌电 信号，并将这类信号传输给控制电子元件。这些信号 被放大，激活五个小型电机（每台电机对应于一个手 指），从而移动手指，使手掌摊开或握紧。因此肌肉 收缩信号强度可控制抓握的速度和力量：信号弱时， 移动速度慢；信号强时，移动速度快。
控制假肢手摊开或握紧的肌肉，实际上是控制自然 手上手腕移动的肌肉。假肢佩戴者必须了解肌肉的这 种新功能。“人脑的适应能力是超乎想象的。不出多 久，佩戴者就能凭直觉动作，如同驾驶员在想刹车时 踩下刹车一样”，Steeper技术总监Ted Varley如是 说。

2 0 世纪8 0 年代， 全球第一只肌电手假肢面 世。这种假肢由单一电机进行驱动，只有一个简 单的握紧机制： 大拇指、食指和中指进行钳式 闭合。无名指和小拇指只有外观功能， 没有握 力。约十年前， 这种理念得到了根本改变。“ 我们认为， 如果假肢灵活性提高， 每根手指 所受到的握力就更小” ， T e d V a r l e y 解释说。为进行分别控制，假肢手的每根手指上都装有一台电 机。四台电机装在手掌中，控制大拇指的电机装在大 拇指中。电机集成了编码器，可随时精准地检测手指 的位置。
因为这种分别控制，手指可呈14种不同的抓握 状态。其中一种是钥匙式。大拇指上下移动，其 他四根手指弯曲，可抓握盘子、钥匙或银行卡这 样的扁平的物品等。另一种是勾式，可承受重达 25千克的重物。伸出的食指可使用键盘和遥控。 另一种是大力抓握式。大拇指在反向位置，其他四个 手指闭合，直到遇到阻力为止。这种形式可抓握形状 不规则的物品，例如酒杯。“这要比钳式抓握自然得 多。如果五根手指都用上会更为稳定”，Varley强调 说。

仿真手为日常活动带来便利。“实际上，假肢让很 多微不足道的小事情变得更简单。总体说来，假肢能 够明显提高生活质量”，Ted Varley解释道。假肢还 具有心理效应：“很多用户反馈说，装上Bebionic假 肢后，他们感受到了其他人对它的兴趣，这让他们有 自我价值感。”
因此，假肢的外观设计也非常重要。“开发第三 代Bebionic产品时，我们采用了不同寻常的方法：我 们首先设计出假肢的外壳，然后研究如何将单个部 件装入这个外壳中”，Varley说。“五年前是无法实 现小型假肢手的。那时技术还不足够先进。”2013 年，Steeper公司于找到FAULHABER商谈合作，那是 用于该项目1024 SR系列直流微电机仍处于研发阶段。双方的项目团队同时加快了电机系列产品和假肢 手的研发。STEEPER和FAULHABER开发团队在英 国和瑞士定期召开讨论会。会议的中介方，也即 FAULHABER公司在英国的独家销售伙伴Electro M e c h a n i c a l S y s t e m s ( E M S ) 也参与了讨论。深入合作，前所未有的电机功率体积比以及定制 化拇指驱动器， 为紧密合作画上圆满的句号。

1024 SR系列直流微电机上是同等产品内质量最 好的，也是市场中同等体积电机中功率最大的。电 机直径10毫米，长度24毫米，堵转转矩4.6 mNm。其转速/扭矩曲线较为平缓，因此能在整个转速范围 内提供恒定的高扭矩。该电机的强大性能是通过新线 圈设计实现的。该线圈中铜金属含量比上一代产品增 加了60%，并配备了一块强大的稀土磁铁。为降低运 行噪音，假肢手使用了定制的10/1系列行星减速机。“开发一款可整合到拇指内的线性驱动系统是一个 很大的挑战”，FAULHABER微电机部的销售工程师 Tiziano Bordonzotti说道。FAULHABER子公司Micro Precision Systems (MPS)生产的高精度四点轴承，使 制成的驱动系统长度显著小于竞争对手产品。四点轴 承非常独特，即便与另一轴承系统相比该轴承的尺寸 更小，但仍能承受假肢应用中的大轴向力。。整个拇 指驱动系统可承受高达300 N的轴向力，而其总长小 于49毫米。
T e d V a r l e y 对合作研发成果感到非常振 奋：“Bebionic假肢手的S尺寸是市场中最实用的假 肢手尺寸。如果没有FAULHABER项目团队的密切合 作，该项目无法成功。”