人造手的由来

人造手的由来

经过约两百万年的过程，人为了求生，与环境相适应，逐渐学会了使自己的手适应于做各种各样的动作。从第一块石器开始到能缝制出精美的金缕玉衣，直至在一粒米上刻了唐诗三百首的工艺。人手的结构同所有高等动物的前肢一样都是由肩、上臂、前臂、腕、掌和指组成。但是，人手的肩关节、肘关节、腕关节和指关节等部位至少有27个自由度。人手的优越性在于它功能的多样性，这是任何动物和机器都不能比拟的。你只要去查一下字典，有手字作部首的含有动词意思的字有多少，就足以说明人手能做的动作的多样性。人手的感觉非常灵敏，用手能感觉物体的轻重、软硬、粗细、干湿、大小、冷热等。蒙上你的眼睛，摊开手掌，在上面放上一块薄冰，问你这是什么东西？你肯定会不假思索地准确地说出这是块冰，并能说出它是冷的、硬的、薄的、轻的、湿的和光滑的等等性质来。盲人的手感就更灵敏了，用手摸盲文，代替了眼睛看书。

尽管人手是如此的多能，但毕竟不是万能，人还需要利用制作工具来弥补手功能的不足。自从瓦特发明蒸汽机后，机器逐步代替了人工劳动，推动了生产力。人们追求好的机器，以此完成人手所做不到的一些事，以及把人从危险的工作境地解脱出来，由机器去代劳。因此，对手的研究和仿生是不会被忽视的。一些残疾人不幸失去了手，高明的医生就给他装上假手，早期的假手是在外部用皮带和金属线来操纵假手的活动，利用使用者的肩部运动使它动作，基本上只有手指或开或合拢这样一个自由度。以后外科医生又用一种叫做“运动形成切断术”，把病人的肌肉固定在钢针上，再把钢针用电线连接起来去操纵假手活动，它的优点是使用者只要想把手捏拢来，假手指就会捏拢来，它是用肌肉本身来操纵假手的，但是这种手术不适用于肌肉不发达的人。后来人们又进一步用肌电直接控制假手，什么是肌电呢？肌电是指大脑传给肌肉或器官的神经信号电脉冲，人手的活动是直接受大脑支配的，从大脑传给肌肉的神经电信号使肌肉和骨骼关节按指令动作。由于神经信号的电特性，所以神经电信号不但能操纵活的肌肉，同样也可用来操纵机械活动。20世纪50年代，前苏联的科学家成功地制造了能工作的肌电手，这种假手从使用者成对的颉颃肌上引出神经电信号，经电子仪器放大后去控制假手的活动，他们将微型电动机配上电池安装在假手上作为动力的能源，在断肢上套上一个电极固定圈，使它紧贴皮肤，引导出手指伸肌和手脂屈肌的神经电信号；再通过放大器加大电流强度，使假手活动。安装在假肢中的电池耗尽后可以利用晚上睡觉时给予充电。这种假肢能举起10磅左右的重物，而且能完成一些较精巧的动作。我国上海假肢厂和上海生理研究所共同研究也制成肌电手，能握力已达1公斤，他们将两片涂有导电性能良好的电极膏的银片电极，贴在颉颃肌外面的皮肤上，引导出神经电信号，通过放大器，去控制假手。肌电假手尚需解决的一个难题是人体的“噪声”会造成大量的虚假电信号，致使打一个喷嚏也会导致假手举起来。

肌电控制技术的研究给人——机合作打下了良好的基础。所谓人——机合作就是人和机器紧密地结合。人的所有随意动作都是受大脑支配的，由大脑发出神经电信号支配有关肌肉和骨骼关节而完成指定动作。既然能用肌电信号来操纵机械，那么也就有可能直接用大脑的电信号来操纵机械。也就是说操纵者在荧屏上观察由自己电脑控制的机械设备，只要操纵者想什么，被控制的设备就会按你所想的进行活动。人——机合作的好处是通过遥控，人不必身临危险地方工作，可以及时解决某些预测不到的问题，要比单独的人或单独的机器工作好。美国飞往火星工作的无人飞船“水手三号”在飞行途中突然发生故障，虽然飞船发出17个求救信号，但是由于金属保护罩不能打开，太阳能电池板得不到日光，致使“水手三号”因缺乏动力而殒失，本来这个问题很易解决，只要去掉这个保护罩就行了。但是飞船的电子设备没有这道程序。如果这只飞船是由人——机合作操作的，就可以及时解决这些意外困难。

人们给机器装上机械手，用来到危险作业地方去搬运重物，由于机械手受形状、大小、动力源方面的制约较少，因此设计的自由度也就大，许多国家已广泛使用机械手。1966年，一架美国军用飞机在地中海上空失事，将一枚氢弹坠入海底，美国海军部用机械手式打捞器进行打捞，这个打捞器重达1吨，而它的机械手却能提起几吨重的物体。打捞器配备有摄像机、声波探测仪、定位仪和信号灯等各种精密仪器，以螺旋桨推动机器在海底移动，打捞器在海底的情况通过摄像机显示在指挥船的电视屏幕上，工程师们据此通过电子计算机对打捞器进行操纵。1969年，前苏联戈尔夫级攻击型导弹潜艇在夏威夷西北海域沉没。美国海军派出“格拉玛”勘探号作业船进行打捞，这艘深海作业船用3部吊车将大型蟹爪式机械手放入海底，操作人员在船上通过电视屏幕控制机械手用5对夹钳把这艘长达百米的潜艇从5000米深的海底提起，由于艇身断裂，仅捞起艇首部分，而后半部分仍坠入海底。