A soft neuroprosthetic hand providing simultaneous myoelectric control and tactile feedback

神经假体 触觉传感器 生物医学工程 肌电图 计算机科学 物理医学与康复 医学 机器人 人工智能
作者
Guoying Gu,Ningbin Zhang,Haipeng Xu,Shaoting Lin,Yang Yu,Guohong Chai,Lisen Ge,Houle Yang,Qiwen Shao,Xinjun Sheng,Xiangyang Zhu,Xuanhe Zhao
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:7 (4): 589-598 被引量:418
标识
DOI:10.1038/s41551-021-00767-0
摘要

Neuroprosthetic hands are typically heavy (over 400 g) and expensive (more than US$10,000), and lack the compliance and tactile feedback of human hands. Here, we report the design, fabrication and performance of a soft, low-cost and lightweight (292 g) neuroprosthetic hand that provides simultaneous myoelectric control and tactile feedback. The neuroprosthesis has six active degrees of freedom under pneumatic actuation, can be controlled through the input from four electromyography sensors that measure surface signals from residual forearm muscles, and integrates five elastomeric capacitive sensors on the fingertips to measure touch pressure so as to enable tactile feedback by eliciting electrical stimulation on the skin of the residual limb. In a set of standardized tests performed by two individuals with transradial amputations, we show that the soft neuroprosthetic hand outperforms a conventional rigid neuroprosthetic hand in speed and dexterity. We also show that one individual with a transradial amputation wearing the soft neuroprosthetic hand can regain primitive touch sensation and real-time closed-loop control. A soft and lightweight neuroprosthetic hand that offers simultaneous myoelectric control and tactile feedback outperformed a conventional rigid neuroprosthetic hand in speed and dexterity.
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