作為假體控制的熱點課題 ， 肌電信號能快速直接客觀反映人體運動狀態(tài) ， 有重要預測作用 ， 因此在假體控制和輔助康復機器人應用領域中異軍突起 。 采訪人員7月19日獲悉 ， 由哈爾濱工業(yè)大學儀器科學與工程學院儀器科學與技術專業(yè)電測技術及智能控制研究所孫金瑋教授和他的團隊成員曹天傲、劉丹、王啟松、白鷗等人完成的一項課題“用于仿生機械手的可穿戴便攜式實時控制手勢識別系統(tǒng)” ， 7月3日在線發(fā)表在最新一期國際權威專業(yè)期刊《物理學雜志》上 ， 同時被收錄于英國皇家物理學會期刊平臺科學數據庫中 。
專家評價指出 ， 這一理工醫(yī)相結合的科研成果在傳統(tǒng)假肢控制的基礎上 ， 改進并建立了一種基于模式識別算法的可穿戴手勢識別系統(tǒng) ， 以對仿生機械手進行實時控制 ， 為方便截肢者的日常起居和人際交往提供了更加有效的輔助手段 。 劉丹為該論文的通訊作者 ， 曹天傲為第一作者 。
在人們正常生活、工作和人際交往中 ， 手的敏捷性和協(xié)調動作自然意義重大 。 而對于因外傷、疾病等遭遇截肢的人 ， 日常活動往往困難重重 ， 同時伴有難以言喻的心理創(chuàng)傷 。 此時 ， 佩戴假肢可以幫助他們“修復”肢體的殘缺 ， 并對心理有所撫慰 。
但傳統(tǒng)假肢只在外表上有一定美觀效果 ， 并不能按照人的意圖控制產生各種各樣動作 。 盡管一些改進的靠機械力量驅動的假體可以做一些粗大運動 ， 卻遠不能達到原有功能和要求 。 當前 ， 隨著科技發(fā)展和進步 ， 仿生機械手已越發(fā)接近于真正的智能人形假肢 ， 由人體表面的肌電信號控制 ， 以產生相應動作 ， 幫助傷殘者完美地實現用手表達 。 同時 ， 一些工業(yè)機械手還能在特殊環(huán)境中 ， 代替人類做一些特殊操作 。 由肌電信號驅動的康復機器人同樣可以輔助中風病人肢體運動 ， 使其逐漸恢復自主運動能力 。
為發(fā)展和完善上述科技手段 ， 孫金瑋教授課題組反復探索 ， 建立了一種基于模式識別算法的可穿戴手勢識別系統(tǒng) ， 旨在對仿生機械手展開實時操控 。 在這項研究中 ， 科研團隊提高了信號采集和處理每個步驟的準確性；通過分析肌電信號的機制和特征 ， 確定了需要識別的手勢、肌肉區(qū)域、電極數量和放置位置 。 他們還自行開發(fā)了采集設備 ， 用于捕捉前臂肌電信號 ， 并同步去除噪聲 ， 截取數據進行分段分析、特征提取與手勢分類 。
在研究中 ， 孫金瑋團隊還進一步探究了實際產品的普及性 ， 最終整合了分立元件組成一套完整的設備 ， 并將各個算法融入其中 。 他們將采集的肌電信號經過無線局域網傳輸到電腦中 ， 濾除干擾后分成小窗口逐一處理 ， 提取與具體動作有關的特征 ， 識別后控制機械手做出一致動作 。 每一名志愿者重復3天實驗 ， 最終發(fā)現相同實驗人員動作識別率均隨天數逐步提高 。
課題組創(chuàng)新點在于：對肌電信號進行分窗處理 ， 鎖定有效動作特征 ， 在保證動作識別準確率基礎上 ， 節(jié)省系統(tǒng)響應時間 ， 提升效率 。 同時利用先進芯片、電池等硬件 ， 做到設備小型化、低功耗與便攜性 ， 增加了設備功能 ， 可存儲不同實驗階段數據 。 考慮到隨機差異 ， 每個實驗者都接受多次實驗 ， 以確保相關設備實際應用的穩(wěn)定性與可靠性 。
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