44、模块化假肢肢体：设计、开发与应用

模块化假肢肢体：设计、开发与应用

1. 引言与概述

在2005年，相关机构启动了一项具有挑战性的项目，旨在通过神经集成假肢系统复制人类手臂和手部的功能，达到前所未有的复杂程度和能力水平。该项目的愿景是创造一个在灵巧性、尺寸、重量、强度、速度和感官能力等方面与自然手臂相匹配的假肢手臂系统。为了实现这一目标，设定了一系列具有挑战性的要求，这些要求影响了模块化假肢肢体（MPL）的设计。

1.1 项目背景

项目伊始，由于技术不可行性和现代工程限制，存在项目目标无法实现的可能性。为了克服这些挑战，项目团队组建了一个国际多机构合作团队，涵盖了临床假肢、假肢设备制造、机电系统设计、植入式神经设备和电极制造、传感器、执行器、材料科学、神经外科和神经科学等多个领域的专家。

以下是一些影响MPL设计的具有挑战性的高级要求：
| 性能与功能 | 环境、可持续性与可靠性 |
| — | — |
| 重量小于3.9千克（8.6磅） | 能承受每小时4英寸的降雨 |
| 匹配人类肢体惯性特性 | 能承受沙尘环境（符合MIL - 810标准） |
| 肘部提供81.3牛·米的扭矩 | 能承受3英尺的跌落 |
| 腕部屈伸提供13.6牛·米的扭矩 | 患者假肢摔倒后仍能正常工作 |
| 手部圆柱抓握强度为311牛 | 单次充电可运行24小时 |
| 空载关节速度为每秒120度 | 可穿戴长达18小时且无不良影响 |
| 手部和手臂具有完整的关节活动能力 | 生产成本为50,000美元 |
| 所有驱动关节扭矩感应 | 每年维护成本不超过500美元 |
| 所有旋转关节位置/速度感