麻省理工学院新仿生膝技术革新假肢领域

美国麻省理工学院的研究团队近日开发出一种新型“仿生膝”关节假肢,这种假肢能够直接与用户的肌肉和骨骼组织整合,使用户对假肢的控制更加自然。这一技术的突破,标志着假肢技术从被动辅助向主动感知与智能控制的重大飞跃。
该研究成果已发表在最新一期的《科学》杂志上。与传统假肢相比,新型仿生膝能够帮助膝上截肢者行走更快,并更轻松地完成爬楼梯、跨越障碍等复杂动作。研究团队指出,这种“组织整合式假肢”不仅是一个外接工具,更是与人体生理系统高度融合的智能装置,使用户获得更强的“肢体归属感”。
技术创新与应用
这项创新的核心在于结合了一种名为激动剂—拮抗剂肌神经元界面(AMI)的新手术方法。通过手术重新连接肌肉对,使其在残肢内保持动态互动,提供感觉反馈,并产生可用于控制假肢的电信号。
在此基础上,团队开发了一个集成系统,不仅能读取来自AMI肌肉的信号,还将假肢植入骨骼结构中,从而实现更高的稳定性和更精准的运动控制。研究人员设计了一种钛棒植入技术,将其插入截肢部位的残余股骨中。这种植入物不仅提升了机械控制和承重能力,还内置16根导线,可从位于体内的AMI肌肉电极获取信息,从而更准确地捕捉肌肉信号并转化为假肢动作。
实验验证与结果
这一整合系统被称为e-OPRA(电子骨整合假肢系统)。在实验中,两名受试者接受了AMI联合e-OPRA植入。团队将其表现与另外8名仅接受AMI但未植入e-OPRA的用户,以及7名既无AMI也无e-OPRA的用户进行了对比。所有参与者都使用实验室开发的动力膝关节假肢进行测试。
测试内容包括膝盖弯曲到指定角度、爬楼梯和跨过障碍物等任务。结果显示,在大多数任务中,使用整合系统的受试者表现优于其他两组,特别是在需精细控制和动态平衡的任务中优势更明显。
“在爬楼梯和跨越障碍物等任务中,使用e-OPRA系统的受试者表现出更高的稳定性和灵活性。”
专家观点与未来展望
这一研究的成功引发了业内专家的广泛关注。专家们指出,这一技术不仅有望提高截肢者的生活质量,还可能在未来改变假肢技术的设计和应用方式。
麻省理工学院的研究人员表示,他们将继续优化这一系统,以期在不远的将来能够大规模应用于临床。与此同时,他们也在探索如何将这一技术应用于其他类型的假肢,以帮助更多的残疾人士。
随着技术的不断进步,仿生假肢的未来充满了可能性。这一创新不仅为截肢者带来了新的希望,也为医学工程领域开辟了新的研究方向。