記者從中國(guó)科大獲悉，該校張世武教授、金虎副教授與王柳特任教授基于手指皮膚非均勻形變機(jī)制和手部精細(xì)動(dòng)作康復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)制，以高功重比形狀記憶合金（SMA）彈簧為驅(qū)動(dòng)，提出了一種具備精細(xì)動(dòng)作訓(xùn)練的便攜式柔性康復(fù)手套機(jī)器人，有望服務(wù)全球數(shù)千萬(wàn)手功能障礙患者的精細(xì)動(dòng)作康復(fù)與日常生活輔助。

全球手功能障礙患者群體日益龐大，僅因腦卒中每年新增近千萬(wàn)人。由于指間協(xié)調(diào)性、肌張力等異常，患者失去手部精細(xì)動(dòng)作技能。重復(fù)與持續(xù)的手部運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可刺激大腦皮層與神經(jīng)元，達(dá)到手功能康復(fù)目的。柔性康復(fù)手套具有輕質(zhì)本體、柔順運(yùn)動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，可突破傳統(tǒng)剛性手套安全冗余度低等缺點(diǎn)。但由于柔順本體易發(fā)生大形變不利于運(yùn)動(dòng)感知以及多傳感及驅(qū)動(dòng)集成極易使手套繁冗不利于便攜化等原因，現(xiàn)有柔性康復(fù)手套多數(shù)僅能實(shí)現(xiàn)基于開(kāi)環(huán)控制的康復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得手部精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能精準(zhǔn)康復(fù)仍極具挑戰(zhàn)。

針對(duì)以上挑戰(zhàn)，研究人員綜合手指皮膚褶皺結(jié)構(gòu)的仿生原理和霍爾傳感機(jī)制，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了集柔順運(yùn)動(dòng)與精確感知于一體的仿生指套結(jié)構(gòu)，并據(jù)此提出了融合傳感系統(tǒng)、形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動(dòng)與智能控制系統(tǒng)、供能與熱控系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)的柔性康復(fù)手套集成化設(shè)計(jì)方法。

得益于SMA高功重比和集成化設(shè)計(jì)，柔性康復(fù)手套機(jī)器人自重僅490克，且具備獨(dú)立工作能力。研究人員進(jìn)一步提出多模態(tài)精細(xì)動(dòng)作康復(fù)訓(xùn)練方法，從而實(shí)現(xiàn)手功能障礙患者便攜、精準(zhǔn)和安全的康復(fù)訓(xùn)練。臨床試驗(yàn)初步驗(yàn)證了該便攜式、低成本柔性康復(fù)手套機(jī)器人在精細(xì)運(yùn)動(dòng)康復(fù)以及生活輔助等方面的優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，中國(guó)科大工程科學(xué)學(xué)院機(jī)器人與智能裝備研究所團(tuán)隊(duì)，在形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動(dòng)器的精確控制方面開(kāi)展深入研究，取得了系列進(jìn)展，為康復(fù)手套機(jī)器人的精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制奠定了良好基礎(chǔ)。（葛清政）