2023
07/04
相关创新主体

创新背景

根据世界卫生组织(WHO)的估计,全球有超过1.3亿人生活在截肢或肢体残障的状态下,包括因事故、疾病、战争等原因导致肢体丧失的人群。截肢者或肢体残障者的年龄和性别分布广泛,无论是儿童、成年人还是老年人,男性和女性都可能受到影响,数据在不同地区和国家之间存在显著差异,一些发展中国家可能由于贫困、医疗资源不足和冲突等因素导致截肢人口较多。

在过去的研究中,科学家们已经取得了在假肢中提供触觉反馈的进展,包括关于物体质地和位置信息的反馈。然而,温度反馈一直被认为是一项困难的任务。本研究的主要贡献在于发现了截肢者在残肢胳膊上感受到的温度反馈可以映射到他们的幻影手中。通过在残肢胳膊上放置热电极,截肢者可以感受到物体的温度,判断是否接触到金属、塑料或玻璃等不同材料。这项技术经过与意大利Bologna市的17名截肢者的成功测试,结果发表在《科学》(Science)杂志上。

 

创新过程

研究通过对截肢者进行实验,旨在探索温度反馈对于截肢者触觉恢复的作用。

研究人员Silvestro Micera和Solaiman Shokur领导了这项研究,他们对温度反馈进行了深入研究。研究中共有27名截肢者参与,其中17名来自意大利的Bologna市,这些参与者在他们的残肢胳膊上放置了热电极(热敏电极),以实现非侵入性的温度反馈。

在实验中,研究人员使用了一种名为MiniTouch的设备,它是一个薄而可穿戴的传感器,可以放置在截肢者的假肢手指上,MiniTouch传感器可以探测到触摸物体的温度信息,特别是物体的热导率,研究人员还在截肢者残肢胳膊的皮肤上放置了热电极,这样可以通过指尖传感器传递被触摸物体的温度信息。

在试验过程中,研究人员发现残肢胳膊上的小区域可以映射到幻影手的特定部位,例如大拇指或食指的指尖,截肢者可以感受到热电极的加热或降温,从而感知到被指尖传感器触摸的物体的温度特征,这样,截肢者能够判断物体是否热或冷,以及是否触摸到金属、塑料或玻璃等不同材料。

研究人员对这些实验数据进行了分析,并成功测试了17名截肢者的温度感知能力,通过这些实验结果,他们证实了温度反馈技术对截肢者触觉恢复的潜力和有效性。

总体而言,这项研究的研究过程包括参与者的招募、实验设备的开发和部署,以及对实验数据的收集和分析,通过使用热电极和传感器技术,研究人员成功地为截肢者提供了温度反馈,帮助他们感知物体的温度,从而为进一步发展非侵入性假肢技术提供了重要的基础。

 

创新价值

首先,它解决了截肢者面临的一个长期难题,即如何恢复失去的触觉功能。通过提供温度反馈,截肢者能够更真实地感受到物体,并且报告感觉到与失去的手重新连接。这对他们的心理和情感健康有着积极的影响,增强了他们对自身身体完整性的感知。

其次,该研究对于改进假肢技术具有重要意义。截肢者的假肢通常只能提供有限的触觉反馈,而温度反馈为假肢增添了更多的功能。这项技术为非侵入性的假肢开辟了新的前景,使截肢者能够更好地适应日常生活和工作中的触觉需求。此外,温度反馈还为仿生假肢的发展提供了更广阔的可能性,有助于构建更真实、更符合人体感觉的假肢。

最后,该研究对于医疗技术的进步和改善人类生活质量具有积极的社会影响。通过将温度反馈技术应用于截肢者假肢,可以提高他们的生活质量,并帮助他们更好地融入社会。此外,这项研究还为神经工程学和仿生学领域的进一步研究提供了新的思路和方法。

这项研究的背景是为了解决截肢者的触觉恢复问题,通过提供温度反馈,使截肢者能够感受到物体的温度变化。这项研究的社会价值在于改善截肢者的生活质量,推动非侵入性假肢技术的发展,并为医疗技术的进步提供了新的思路。这项技术的成功应用有望为截肢者带来更多的希望和机会,让他们能够更好地享受日常生活。

 

创新关键点

研究人员利用新的仿生技术,将温度感知能力纳入假肢中,把截肢者的残肢胳膊上的温度感知投射到幻影手中,通过热电极的非侵入性方式实现温度反馈,实现更加逼真的仿生触觉,进一步恢复截肢者与他们失去的手部之间的联系,增强截肢者对触摸物体的现实感知能力,使截肢者能够直接在幻影手中感知物体的温度,无论是冷还是热。

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