43、可穿戴上肢接口的设计指南与展望

可穿戴上肢接口的设计指南与展望

1. 上肢假肢控制的现状与挑战

在实际使用上肢假肢时，对分类准确性的要求极高，远远超过了目前在可控条件下所达到的水平。同时，为实际应用设计的机器学习方法需要足够紧凑，能够在微控制器甚至智能手机等便携式设备上运行，并且校准时间不能超过合理阈值，以确保用户能够无缝、快速地使用设备。

基于这些原因，增量和/或有界的方法近来受到青睐。增量方法的优势在于让用户参与到一个交互式循环中，这可能会引发协同适应，从而使假肢设备与用户达到更好的共生状态。例如，Complete Control 系统的成功就证明了这一点。该系统控制的动作由独立的肌肉群（手、腕、肘）执行，即使传感器数量较少，也能产生高度可分离和可重复的模式。此外，Complete Control 允许的“重新校准”程序在一定程度上可以应对表面肌电图（sEMG）的非平稳性，就像惯性测量单元（IMU）和加速度计传感器需要定期重新校准一样，只要重新校准速度快且不频繁，系统就具有实际可用性。从商业角度来看，目前最简单的解决方案似乎是最有效的。

2. 理想人机界面（HMI）的设想

虽然我们主要关注上肢假肢，但这里讨论的很多内容也适用于其他 HMI 应用，如由健全人远程操作的机器人手臂/手系统，无论是在辅助场景还是工业场景中；或者是消费者智能手机上用于控制自动驾驶汽车、智能家居和电器、虚拟或增强现实中的化身等的应用程序。我们认为，假肢是 HMI 最具挑战性的应用之一，如果 HMI 在假肢应用中可行，那么在许多其他情况下也可能可行。

目前，最先进的完整、经过认证的假肢手臂是约翰霍普金斯大学开发的模块化假肢肢体（MPL），目前正处于初步临床评估阶段。上肢截肢有多种不同类型的残疾