具有类人感知控制的新一代假肢手
技术描述
（重点描述是什么技术，解决了什么实际问题，500字以内） 假肢是采用工程技术的手段和方法，为弥补截肢者或肢体不完全缺损的肢体而专门设计和制作的人工假体，具有功能代偿的作用，可以帮助截肢者恢复一定的生活自理能力和工作能力。目前市场流行的普通肌电假肢手都缺乏感知功能和柔顺控制。无感觉且刚硬的抓握难于满足假肢手使用者日常生活工作的需求，因此国内80%以上上肢截肢者拒绝使用假肢手。我们变革性的开创了具有类人特性的单指诱指感反馈技术和生物真实特性的柔顺控制技术，重建了具有双向神经传递的新型无创脑-机接口，无缝连接大脑中心与外周设备的通信，彻底改变假肢手无感刚硬的缺陷，使假肢手行为具有类人特性，恢复使用者直观感觉与柔顺操控的本能，使假肢手抓握功能得到大幅跃升。诱指感存在于约43%前臂截肢者残端皮肤，约12%的前臂截肢者有5个对应的诱指感区域，电刺激诱指感区可以诱发对应手指的多种触觉感觉，为重建假肢手感知反馈提供了无创的神经接口。生物真实柔顺控制是基于高速神经拟态芯片计算的实时仿真技术，通过对肌肉和脊髓神经反射基本回路进行大数据数学建模，复现神经肌肉对人手的生物控制方式，实现假肢手类人的柔顺控制。我们前期的研究，对诱指感反馈和生物真实控制的理念先进性和方法可行性进行了严谨的理论探索和实验验证，证实了诱指感反馈信息和柔顺控制可大幅提升假肢手抓握功能的假设，为产品转化奠定了坚实的科学基础和技术支撑。无诱指感截肢者仍可通过感觉神经移植，获益于感知反馈的功能。
技术优势
1、本技术核心竞争优势 本产品采用拟态神经芯片模型控制电机的线拉驱动技术，使手指的运动具有类人手的刚度和自适应调节的性能。其核心竞争优势有二：1、体现在基于神经肌肉反射回路的控制模型，包括其中在生物物理大数据基础上建立的肌肉，肌梭，肌健器和神经元池等各单元的神经拟态模型，这完全超越了传统假肢手的电机控制方式；2、体现在电刺激诱指感多元感觉的外周信息神经编码，自主研制的氯化银/胶组合表面电极技术，以及微纳仿生传感器皮肤技术。这些技术都建立在本团队实验研究成果的基础上，具有独立的知识产权（国家发明专利）。 2、市场竞争预测（其他同类产品情况、其他公司情况） 目前市场流行的所有普通肌电假肢手完全采用电机直接驱动，缺乏类人手的柔顺性，也不具有感知反馈功能。部分仍处于研究开发状态的软体假肢手采用流体（液体或气体）驱动。当前流行的市场产品不具有本产品的优越性。 国内的假肢手产品大多在肌电信号处理上有一定的创新，如傲意假肢手产品。国外某些正在开发中的假肢手具有压力等信号的感知反馈，但都采用植入式的神经束电刺激方法，且尚未产品化。植入电极需要进行手术干预，成本和难度都比本产品大幅增加。这些局限性缩小了这类产品的市场规模和用户范围。 本项目开发的具有柔顺控制和诱发指感触觉感知反馈假手，是一种创新的假肢技术，通过传感器和神经接口提供精确的触觉和力量反馈，使用户能够感受到指尖的细微触感；同时类人的柔顺控制特性，让用者能更加自然有效地操控假肢，抓握柔软和易碎的物体。这项技术的突破为假肢用户带来了前所未有的体验和新功能，并展现出巨大的市场潜力。 综上所述，本产品将完全超越当前市场流行的普通肌电假肢手产品，将处于无竞争对手的地位。
效果指标
1、目标市场、市场规模 本产品的主要目标市场包括以下几个方面： 交通和工伤受害者：交通事故和工伤是导致上肢截肢的主要原因之一，这些患者需要高度功能性的假肢来恢复日常生活和工作能力。感知的假手可以显著提高他们的生活质量和工作效率。 慢性病患者：因糖尿病、血管疾病等慢性病导致截肢的患者是另一个重要市场。这些患者对假肢的舒适性和功能性要求较高，感知假手能够满足他们的需求，提升他们的日常生活质量。 手工艺从业者：从事精细手工艺工作的截肢患者，如设计师、修理工等，对假肢的操作精度和触觉反馈有着较高要求。感知反馈假手能够帮助他们更好地胜任工作。 高端消费群体：尽管这种假肢价格较高，但随着中国经济的发展和人均收入的增加，越来越多的高收入家庭和覆盖医疗保险的人群将成为这一市场的重要消费者。 对于许多已安装了普通无感知反馈假手的用户，可以通过替换升级到感知反馈假手来获得更好的操作体验和生活质量。感知反馈假手的优势在于实现人与假肢的信息交换来实现的功能性和灵活性，使得用户在日常生活和工作中能够更加自如和高效，尤其在执行复杂任务和需要精细操作的情况下表现更为出色。 假肢手的市场规模巨大。根据市场研究机构LLP的报告，2021年全球假肢上肢的市场规模为 7.2亿美元。 由于交通意外和运动损伤需求逐年增多，预计到2030年，全球假肢上肢的市场规模将增长至11.3亿美元，复合年增长率4.97%。中国作为全球人口最多的国家，拥有大量的上肢截肢患者，对这一高科技假肢产品的需求与日俱增。根据第六次全国人口普查，我国肢体残疾人数有2472万人。中国残疾人联合会统计数据显示，2020年得到康复服务的持证残疾人中，肢体残疾康复人数有 542.8万人。其中部分上肢截断肢患者缺失了正常的身体机能，生活难以自理，需要安装假肢。近年来，随着生活水平的提高和医疗保险覆盖面的扩大，上肢假肢的需求量逐年增加。 2、成果的推广、应用、示范情况 本项目的两项主要技术成果，基于诱指感的非侵入式感知反馈技术和基于生物真实神经拟态模型控制技术，已应用于增强假肢手的感知与控制功能，展示了对假肢手功能的跨越提升。 生物真实假肢手已在多个项目的验收中做演示示范，在超过40位截肢者上进行了示范应用，得到了使用者的好评，引起了专家的高度重视。最近（2024年6月）在上海康复医疗博览会上展出了相关成果。在2022年12月的国家自然科学基金会举行的重点项目结题验收中，获得了优秀的结题等级；在2024年1月科技部举行的变革性技术重点专项项目结题验收中，获得了91.6分的高分，评为A档结题。并建议尽快向市场转化。 生物真实假肢手在中国的市场前景广阔。随着技术的不断进步、生产成本的降低，以及社会对高科技假肢需求的增加，这一市场将持续扩展。政府的政策支持、医疗保险体系的完善，以及社会各界对残疾人群体的关注，将进一步推动生物真实假肢手市场的发展，为上肢截肢患者提供更高质量的假肢产品，显著提升他们的生活质量和功能恢复，使他们能够更好地融入社会，实现自我价值。 生物真实控制技术还可推广应用到人形机器人控制，以及其他康复设备的控制，包括外骨骼机器人，护理机器人等。这些应用预示着本项技术仍有广阔的市场潜力有待于开发。