该假肢直接与骨骼相连，使佩戴者能够爬楼梯、以正常速度行走和踢球。
自从休·赫尔在一次攀岩事故中失去双腿后，他一直致力于设计感觉像真肢一样的替代肢体。
如今，我们能够设计出轻便的定制小腿，并配备灵活的踝关节，将其安装到残肢（俗称残肢）上。这些假肢可以帮助下肢截肢者重新行走。但他们更容易摔倒，难以爬楼梯、在不平坦的路面上行走，甚至连从椅子上站起来都困难重重。这些假肢也感觉像是附着物，而不是身体的自然延伸。
对于膝上截肢者来说，这些问题更加严重。我们的膝盖支撑着身体的重量，但在跳跃、旋转、蹦跳或跑步时，膝盖也容易弯曲和扭动。
本月，赫尔和他在麻省理工学院的团队推出了一款能够进行复杂运动的“仿生”腿。该系统附着在使用者的腿骨上以保持稳定性，并记录附近肌肉的电活动，将意图转化为流畅的动作。
与使用传统膝上假肢的人相比，安装了仿生膝关节的人更加敏捷。两位志愿者可以轻松地从坐姿站起，跨过堆叠的积木，甚至在上身几乎不需要支撑的情况下踢球。
更重要的是，两人都表示仿生腿感觉就像是他们身体的一部分。
赫尔在一份新闻稿中表示：“组织整合的假肢——锚固在骨骼上并由神经系统直接控制——并非仅仅是一个没有生命的独立装置，而是一个精心融入人体生理的系统，能够提供更高水平的假肢化身。它不仅仅是人类使用的工具，更是自身不可分割的一部分。”
多重升级
你的膝盖就像神经和肌肉的中央车站。大脑发出的行走、跳跃或攀爬信号会激活参与运动的肌肉群，同时保持关节稳定。这些连接形成了所谓的本体感受。即使闭上眼睛，它们也能告诉我们下肢在空间中的位置，这对于站立或行走时的平衡至关重要。然而，截肢通常会切断这种联系，使大脑难以感知每块肌肉的收缩程度、确切位置以及是否与其他肌肉保持平衡。
“截肢后，这种感知就会消失，”匹兹堡大学的李·费舍尔（Lee Fisher）写道，他没有参与这项研究。“下肢截肢会切断肌肉和骨骼之间的耦合，而这种耦合对于驱动与本体感觉相关的神经活动至关重要。”
为了解决这个问题，赫尔的团队更新了他们的外科截肢方法，这种方法自19世纪初以来基本没有改变。这项新技术被称为AMI，即主动肌-拮抗肌神经接口技术，它可以重新连接残肢中断裂的肌肉对。从身体的另一部分取下一小块肌肉，并将其连接到残肢的神经上。这有点像加一根新电缆来连接两根断裂的肌肉对。当肌肉对抽搐时，新的电路会发出电信号。这些信号被电极捕捉，并用于控制假肢的运动。
在2014年的一项研究中，七名膝下截肢患者接受了AMI手术。他们的本体感觉得到改善，步行速度也得以提高，大致与非截肢者相当。
硬件是解决方案的下一个环节。大多数膝上假肢都有一个定制的接受腔，用于将机械腿安装到残肢上。接受腔必须限制压力，避免摩擦和损伤皮肤，同时保持牢固的机械连接。
费舍尔写道：“截肢者通常认为改善接受腔的贴合度是提高生活质量的首要任务。”
一种流行的替代方法是将假肢固定在一根嵌入残肢残骨的金属棒上。这种更坚固的连接方式使假肢更加稳定。
费舍尔写道，尽管这种方法更具侵入性，“但越来越多的患者采用这种方法，因为它需要的后续治疗更少，而且能获得更好的行走能力”。
这款新型假肢将这两项技术进步融合在一起，打造出一条稳定性更高、感官反馈更佳的仿生腿。团队将一根钛棒插入两位已接受急性心肌梗死（AMI）手术患者的大腿骨中。假肢上的十六个电极可以捕捉肌肉活动，并将其传送至计算机，计算机计算出如何按照预期移动腿部。
两位志愿者通过爬楼梯、踢球、坐立和跨越障碍物来测试他们的新假肢。他们在这些任务上的表现远胜于那些使用旧设备或仅接受AIM手术的患者。
更少痛苦，更多收获
截肢后常见的问题是幻肢痛，患者感觉失去的肢体仍然存在，并因此感到疼痛。这种疼痛很难用止痛药治疗。通过手术将截断的神经与健康的肌肉重新连接已取得一些早期成功，但手术难度较大。令人惊讶的是，仿生腿减轻了两位受试者的疼痛，这可能是因为它与肌肉的连接。
团队还重点关注假肢的自然感。他们询问所有参与者，包括仅接受AMI手术和使用传统假肢的参与者，假肢的触感是否与他们自己的腿一样。例如，他们是否感觉自己拥有两条功能正常的腿？他们是否感觉能够控制假肢？与其他两组相比，佩戴新型仿生腿的两名参与者都获得了更强烈的“实体感”——假肢感觉就像他们身体的一部分。
“无论你把机器人假肢的人工智能系统做得多么复杂，它对用户来说仍然只是个工具，一个外部设备，”赫尔说，“但有了这种组织整合的方法，当你问人类用户他们的身体是什么时，整合程度越高，他们就越会说假肢实际上是他们自己的一部分。”
AMI 手术已获批用于膝下截肢。该团队正在更多患者身上测试他们的新设计，并计划在五年内让膝上仿生腿获得批准。
截肢者称先进仿生腿感觉更像是身体的一部分，该文章最先出现在SingularityHub上。