智能假肢，又被稱為神經(jīng)義肢，生物電子裝置，是指醫(yī)生們利用現(xiàn)代生物電子學(xué)技術(shù)為患者把人體神經(jīng)系統(tǒng)與照相機(jī)、話筒、馬達(dá)之類的裝置連接起來以嵌入和聽從大腦指令的方式替代這個人群（肢體殘疾人士）的軀體部分缺失或損毀的人工裝置。

對于肢體殘疾群體來說，雖然殘肢筋肉骨骼已被損毀，但曾經(jīng)控制著這部分殘肢的大腦區(qū)域及神經(jīng)依舊會繼續(xù)存活。因此，眾多肢殘人士與斷肢對應(yīng)的腦區(qū)和神經(jīng)都在靜候重新聯(lián)絡(luò)，智能假肢的出現(xiàn)便如一道橋梁，重新連接了大腦與斷肢，讓肢殘人士得以再次操控殘肢。醫(yī)生通過現(xiàn)代生物電子學(xué)技術(shù)，把殘肢內(nèi)的神經(jīng)與假肢中的控制單元所連接，大腦發(fā)出的神經(jīng)信號會先經(jīng)過殘肢神經(jīng)，再由此傳遞到假肢控制單元中，進(jìn)而驅(qū)動假肢完成日常動作。

智能假肢具有四大核心技術(shù)，一是關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)與調(diào)控方式。從結(jié)構(gòu)上來說，目前主要有單軸式和多軸式，單軸式具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、易加工組裝的優(yōu)點，但該結(jié)構(gòu)目前仍存在穩(wěn)定性不足的缺陷。相對于單軸結(jié)構(gòu)，多軸結(jié)構(gòu)則具有更好的穩(wěn)定性，且能在擺動過程中較好模擬人體關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動模式。從調(diào)控方式上來說，則可分為全被動型、半主動型以及動力型，傳統(tǒng)的假肢則多為被動型，因此通常不具備調(diào)控能力。就目前的研發(fā)情況來說，動力型假肢在很大程度上會成為未來智能假肢的主要發(fā)展方向。

第二個核心技術(shù)則是穿戴者的運動意圖識別。智能假肢穿戴者運動意圖的準(zhǔn)確識別，是實現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)，大致可分為運動種類識別、行走路況識別、步速識別、步幅識別以及行走相位識別等。智能假肢可根據(jù)穿戴者身上的傳感器裝置，如肌電、腦電、加速度、足底壓力傳感器等精準(zhǔn)識別穿戴者的運動意圖，從而助力穿戴者更好行走。

圖源：強(qiáng)腦科技官網(wǎng)

除此之外，智能假肢的驅(qū)動控制也是核心技術(shù)之一。主要可包括最高層次的感知層（對人體運動意圖進(jìn)行識別和解碼）、中間的轉(zhuǎn)換層（將識別到的運動意圖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制算法）以及最下的執(zhí)行層（根據(jù)相應(yīng)的控制參數(shù)驅(qū)動關(guān)節(jié)電機(jī)實現(xiàn)閉環(huán)控制）。

圖源：知乎 堂博士

智能假肢的人機(jī)協(xié)調(diào)控制同樣也是核心技術(shù)之一。如何更好地實現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)，更精準(zhǔn)地理解穿戴者的行走意圖，也是智能假肢發(fā)展的重要關(guān)鍵點。

此外，相對于智能假肢，傳統(tǒng)假肢的在功能性和用戶體驗上也存在缺陷，特別是傳統(tǒng)的機(jī)械腿，其并不具備感知和自主調(diào)節(jié)的功能，只能依托用戶人為控制假肢來滿足基本的輔助功能，且無法向截肢者傳遞有關(guān)運動或與地面環(huán)境的交互信息。同時也有可能出現(xiàn)“打軟腿”的情況（從走的狀態(tài)變?yōu)楣虻臓顟B(tài)），支撐力不強(qiáng)，在一定程度上會導(dǎo)致穿戴者行走不穩(wěn)或摔倒。不僅如此，傳統(tǒng)的機(jī)械腿也有可能導(dǎo)致患者出現(xiàn)骨骼關(guān)節(jié)疾病，機(jī)械腿與殘肢接觸部分也會產(chǎn)生皮膚磨損與不適感。

因此，與傳統(tǒng)的純機(jī)械假肢只能滿足肢體殘疾人群的基本日常生活輔助相比，智能假肢由于裝備有微控制器、檢測人體運動狀態(tài)的傳感器和調(diào)節(jié)假肢關(guān)節(jié)運動速度的驅(qū)動裝置，所以在穿戴者的運動意圖識別、運動狀態(tài)識別、人機(jī)協(xié)調(diào)性以及助力性能上都具有顯著的優(yōu)勢。

智能假肢作為融合了傳感器、微電子、人工智能等高精尖技術(shù)的產(chǎn)品，能精準(zhǔn)地模擬人類肢體功能，識別用戶運動意圖，目前已在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用價值，主要包括醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域和運動競技領(lǐng)域等。

醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域是智能假肢應(yīng)用的核心場景，智能假肢作為肢體殘疾群體的重要行動輔具之一，在康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用價值也十分顯著。具體來說，可包括幫助肢體缺失患者恢復(fù)運動功能與開展康復(fù)訓(xùn)練兩方面，從而幫助其恢復(fù)基本生活自理能力與行動能力，幫助其更好適應(yīng)日常生活。

智能假肢可通過配備的傳感器、處理器與驅(qū)動系統(tǒng)等，由傳導(dǎo)的肌電信號、腦電信號等捕捉殘肢肌肉或大腦發(fā)出的神經(jīng)信號，從而轉(zhuǎn)化為智能假肢的反饋動作，實現(xiàn)抓取、伸縮、行走等功能。目前隨著傳感器、驅(qū)動系統(tǒng)等技術(shù)的深入發(fā)展，智能假肢已越發(fā)向仿生化、智能化以及精準(zhǔn)化的方向演進(jìn)，高靈敏度的傳感器可以輔助假肢更好地獲取信號，從而更精準(zhǔn)地傳導(dǎo)。而新型的智能假肢系統(tǒng)以及與人工智能的高度結(jié)合，則使假肢能夠更迅速、靈敏地反饋，從而實時調(diào)整運動步態(tài)，實現(xiàn)人機(jī)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

例如中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張挺團(tuán)隊便研發(fā)出了一種可用于智能假肢的機(jī)器學(xué)習(xí)輔助多功能觸覺傳感器，為截肢提供了一種類似人類的觸覺傳感方法。同時，裝配上述傳感器的先進(jìn)肌電假體的個人可以感知壓力、溫度并識別不同的材料，為肢體殘障人士恢復(fù)運動功能與感知能力提供了有效途徑。

圖源：CAAI認(rèn)知系統(tǒng)與信息處理專委會公眾號

北京大學(xué)工學(xué)院先進(jìn)制造與機(jī)器人系王啟寧教授課題組則研發(fā)出了全球首款基于折紙結(jié)構(gòu)的仿生軟體膝關(guān)節(jié)假肢。該款假肢受到馬尾草啟發(fā)，主體由熱塑性聚氨酯3D打印制成，膝關(guān)節(jié)單元重量僅300g，假肢高度僅15cm，折紙結(jié)構(gòu)的大范圍折展特性，可滿足膝關(guān)節(jié)大范圍運動的要求。

圖源：北京大學(xué)公眾號

復(fù)旦大學(xué)生物力學(xué)與智能康復(fù)工程實驗室則基于生物力學(xué)技術(shù)孵化出了連接著一整套智能觸覺仿生系統(tǒng)的智能假肢，該假肢可為佩戴者提供有效的落地指引和感覺反饋，可讓佩戴者感受到假肢是自身身體的一部分，從而實現(xiàn)真正的人機(jī)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。同時，該團(tuán)隊開發(fā)的柔性高、可拉伸強(qiáng)的可穿戴感覺反饋“貼片”，即觸覺仿生系統(tǒng)，上面的傳感器可實時傳遞人體力覺信息，可為患者康復(fù)訓(xùn)練提供實時數(shù)據(jù)，方便及時調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練計劃。

圖源：新民科學(xué)咖啡館公眾號

此外，強(qiáng)腦科技旗下的智能仿生假肢則將腦機(jī)接口技術(shù)與人工智能算法高度整合，通過檢測佩戴者的神經(jīng)電和肌肉電信號，識別佩戴者運動意圖，并將識別到的運動意圖轉(zhuǎn)化為智能假肢的動作，并進(jìn)行實時的動態(tài)調(diào)整。例如強(qiáng)腦科技智能仿生手的使用者周鍵不僅可以利用該款仿生手進(jìn)行刷牙洗臉等日常生活操作，而且還可以使用其進(jìn)行鋼琴演奏、敲擊鍵盤打字等。

圖源：人民日報一撇一捺公眾號

無獨有偶，26歲的林韻也在康復(fù)師的幫助下，通過與強(qiáng)腦科技智能仿生腿的訓(xùn)練磨合，重新找回了曾經(jīng)走路的感覺。同時，林韻也慢慢可以穿戴著假肢完成走路、交替上下樓梯，跑步等動作。林韻在不斷訓(xùn)練下，其走路也已和健全人無異。

圖源：人民日報一撇一捺公眾號

上海傲意科技研發(fā)的產(chǎn)品——OHand™ 智能仿生手則將神經(jīng)科學(xué)與機(jī)器人技術(shù)融合，采用無創(chuàng)肌電神經(jīng)信號傳感器陣列、人工智能模式識別算法、新型人機(jī)交互等核心技術(shù)，可通過用戶自身神經(jīng)信號和意念進(jìn)行操控，可精準(zhǔn)完成抓握牙刷、系解鞋帶、點擊鍵盤等27組日常動作，從而幫助佩戴者實現(xiàn)手功能的再造。值得一提的是，OHand智能仿生手還是中國第一臺、全球第三臺實現(xiàn)量產(chǎn)的智能假肢，同時也是率先進(jìn)入殘聯(lián)補(bǔ)貼目錄的智能產(chǎn)品。

圖源：中國機(jī)器人網(wǎng)公眾號

浙江臻行科技有限公司開發(fā)的智能膝關(guān)節(jié)假肢產(chǎn)品——臻行·吉光系列可適用于單腿或雙腿截肢的殘疾人用戶，該產(chǎn)品采用國內(nèi)先進(jìn)的全碳纖維仿人腿形殼體，結(jié)合航天金屬材料，融合微電子、仿生控制、新材料、AI等多項技術(shù)，整機(jī)重量僅1.3千克，質(zhì)量輕便、堅固耐用，穿戴方便舒適。同時，吉光系列利用步態(tài)意圖識別與仿生控制算法，可精準(zhǔn)識別用戶步態(tài)意圖；微型智能液壓阻尼系統(tǒng)則可提供穩(wěn)定的阻尼調(diào)節(jié)，保障用戶行走平穩(wěn)；多傳感融合技術(shù)則可全方位感知用戶運動狀態(tài)，實時調(diào)整參數(shù)。

圖源：湖州吳興智能機(jī)器人創(chuàng)新研究院公眾號

北京工道風(fēng)行智能技術(shù)有限公司研發(fā)的單軸液壓膝關(guān)節(jié)可在承重自鎖功能期間確保站立期膝關(guān)節(jié)鎖死，極大地提升了行走的安全性。同時液壓屈膝伸展阻尼可獨立調(diào)節(jié)，使用者可在不同地形上保持穩(wěn)定流暢的步態(tài)。

圖源：北京殘聯(lián)公眾號

此外，風(fēng)行智能的智能動力小腿假肢則可根據(jù)人體踝足的生物學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計，自主識別人體運動意圖，智能調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的角度、阻尼和動力。 

圖源：北京殘聯(lián)公眾號

風(fēng)行智能研制的另一款產(chǎn)品——可調(diào)跟碳纖儲能腳，該產(chǎn)品可快速調(diào)整跟高，滿足用戶對不同鞋跟高度的使用需求。同時，跟高調(diào)整機(jī)構(gòu)可根據(jù)滑動軌跡自動調(diào)整對線位置，也可自動匹配踝關(guān)節(jié)滾動弧度，自動修補(bǔ)腿長高度差。

圖源：北京殘聯(lián)公眾號

由此可見，智能假肢在一定程度上有助于肢體殘疾人士恢復(fù)斷肢運動功能，同時也可以輔助他們進(jìn)行斷肢的康復(fù)鍛煉，幫助其更好適應(yīng)日常生活，重拾自信。

此外，國外的研究團(tuán)隊也進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究，譬如瑞典烏普薩拉大學(xué)和卡羅林斯卡研究所聯(lián)合研發(fā)的機(jī)器人感知與智能假肢結(jié)合的技術(shù)。該技術(shù)有望為假肢和機(jī)器人賦予類似人類手的觸覺感知能力，可讓假肢和機(jī)器人通過觸摸感知物體。據(jù)悉，研究人員開發(fā)的人造觸覺系統(tǒng)主要有三個部分組成，一是電子皮膚（e-skin），可通過觸摸檢測壓力；二是人工神經(jīng)元，可將模擬的觸摸信號轉(zhuǎn)換為電脈沖，模仿人類神經(jīng)系統(tǒng)對觸覺信息的處理方式；三是處理器，可用于處理信號并識別物體。

圖源：機(jī)器人研究公眾號

英國觸摸仿生公司Touch Bionics公司研發(fā)的生肌電控制假肢手則可通過肌電信號進(jìn)行信號傳導(dǎo)，從而幫助穿戴者完成抓握、拿取、操作智能手機(jī)和平板電腦等日常動作。

圖源：外骨骼大本營

澳大利亞Synchron公司所研發(fā)的Stentrode腦機(jī)接口產(chǎn)品可通過植入性導(dǎo)管控制智能假肢的神經(jīng)信號，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，已有兩名漸凍癥患者可在植入Stentrode并佩戴智能假肢后，通過思考（意念）實現(xiàn)文本編輯、網(wǎng)購等操作，在一定程度上提高了漸凍癥患者的生活獨立性。

圖源：外骨骼大本營

除了上述提到的醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域，體育競技領(lǐng)域也是智能假肢廣泛應(yīng)用的主要場景之一。例如在登山領(lǐng)域，夏伯渝成為了中國第一個依靠假肢登上珠穆朗瑪峰的殘疾人，同時也是世界登頂珠峰年紀(jì)最大的殘疾人。

圖源：勞倫斯世界體育獎官方網(wǎng)站

同時，在2023年杭州亞殘運會點火儀式上，殘奧游泳運動員徐佳玲便穿戴者強(qiáng)腦科技研發(fā)的智能仿生手，點燃了亞殘運會的主火炬，這也是世界上第一個由腦機(jī)接口智能仿生手點燃的國際體育賽事圣火。

圖源：杭州亞運會官網(wǎng)

同樣在亞殘運會上，有著“獨腳潘”之稱的運動員潘俊帆，在智能假肢的幫助下，成為了史上第一位在賽程規(guī)定時間內(nèi)完成108公里戈壁穿越的截肢者。不僅如此，其還是全球第一位腿部截肢并完成鐵人三項70.3英里的中國人、腿部截肢者越野世界紀(jì)錄保持者……成為了中國的“刀鋒戰(zhàn)士”。

圖源：潮新聞

臻行科技產(chǎn)品的代言人王濤也穿戴著智能假肢，榮獲了斯洛文尼亞殘奧冬季兩項世錦賽銀牌。

圖源：湖州吳興智能機(jī)器人創(chuàng)新研究院公眾號

此外，2024年，在瑞士蘇黎世舉辦的第三屆全球輔助技術(shù)競賽（Cybathlon）上，來自中國蘇州的殘疾人徐敏佩戴著由東南大學(xué)研發(fā)的人機(jī)共融型生機(jī)電一體化假肢手，高效完成了提重物、雙臂協(xié)作、精細(xì)物體抓取等10個假肢操作任務(wù)，并以90分獲得上肢義肢組冠軍。

圖源：現(xiàn)代快報

捷足先登（廣州）科技發(fā)展有限公司推出的智能假肢也曾應(yīng)用于東京殘奧會及中國女子輪椅籃球隊，為殘奧運動員們開展體育競技提供了產(chǎn)品支持，同時該公司的產(chǎn)品也幫助汶川地震傷者更好地適應(yīng)行走、運動等。

圖源：上游新聞

圖源：中國殘疾人就創(chuàng)業(yè)平臺

作為肢體殘障人士的重要輔具，智能假肢通過先進(jìn)技術(shù)其帶來了諸多助益。從運動功能實現(xiàn)上，智能仿生腿采用人工智能原理，內(nèi)置傳感器收集運動數(shù)據(jù)，經(jīng)算法轉(zhuǎn)化為指令控制液壓系統(tǒng)，實時進(jìn)行步態(tài)調(diào)整，提供良好的支撐力，適應(yīng)佩戴者運動情況，讓其能順利完成行走、跑步、攀巖等復(fù)雜動作。智能仿生手則通過捕捉神經(jīng)電和肌肉電信號，識別運動意圖，驅(qū)動仿生手靈活運動，可完成擰瓶蓋、寫字、打字、彈鋼琴等精細(xì)動作，有助于幫助殘疾人適應(yīng)日常生活，提高他們的生活獨立性。

譬如廣東省工傷康復(fù)醫(yī)院便為一名來自深圳的大腿截肢患者安裝了先進(jìn)的下肢智能假肢，該款假肢具有較高的適配性和靈活性，可模擬自然的生理步態(tài)，有效減少穿戴者的體力消耗?；颊咴谥悄芗僦膸椭乱鸦臼炀毿凶撸⒍啻?/span>乘坐飛機(jī)、高鐵等交通工具，去內(nèi)蒙古爬雪山、到國外出差洽談公務(wù)，且可以獨立駕駛改裝私家車出行。

圖源： 廣東省工傷康復(fù)醫(yī)院公眾號

圖源：廣東省工傷康復(fù)醫(yī)院公眾號

在網(wǎng)絡(luò)上頗有熱度的義肢改造師梁開宇不僅關(guān)注如何讓假肢穿戴起來更加方便、舒適，更關(guān)注如何讓更多普通用戶能夠使用智能假肢。其在臻行科技吉光系列假肢的輔助下，成功完成了上下斜坡、交替下樓梯、騎自行車等日常動作，同時，其也順利通過草地、凹凸路面等，穿戴方便舒適，能助力肢體殘疾群體更好融入社會。

圖源：肢乎公眾號

假肢康復(fù)技師朱闖曾是一名軍人，但因一場重大的變故而失去右腿，他借助臻行科技的智能膝關(guān)節(jié)“臻行?吉光”，可實現(xiàn)登山、上下斜坡、走千余臺階等，同時，他也多次在公益演講中傳遞正能量，鼓勵殘疾人士重新?lián)肀律睢?/span>

圖源：湖州吳興智能機(jī)器人創(chuàng)新研究院公眾號

24歲的張姑娘曾因骨癌大腿截肢，但在去年，她在強(qiáng)腦科技仿生腿假肢的幫助下，參加了橫店馬拉松8公里的賽事。不僅如此，張姑娘還穿戴著智能假肢游玩了靈隱寺和西溪濕地，一天可以走兩萬步。

圖源：黑龍江省殘聯(lián)

同樣和張姑娘一樣受益于智能假肢的，還有來自貴州的25歲姑娘小周。小周因幼時的一場意外而失去了一條腿，去年她在強(qiáng)腦科技智能仿生腿的幫助下，終于實現(xiàn)了自己的愿望——擁有一只智能化的假肢，可以像正常人一樣走路。

圖源：黑龍江省殘聯(lián)

上海市民張粵成是一名畫家，但卻因意外而失去了左手。如今他已經(jīng)可以熟練運用智能仿生手握住畫筆進(jìn)行繪畫，張粵成表示，自己再也不用像以往那樣，用兩只腳夾著畫板作畫。

一位從小失去左手的00后大學(xué)生龐啟龍，也可在傲意科技仿生手的幫助下熟練拿起杯子，并完成一些日常生活中的常見動作。

圖源：上觀新聞

來自泉州的小女孩蘭雨晨被一場車禍奪走了右腿，但堅強(qiáng)樂觀的她并沒有因此而消沉，在醫(yī)療團(tuán)隊和家人的鼓勵陪伴下，小雨晨不僅借助假肢重新站了起來，而且還繼續(xù)學(xué)習(xí)著自己喜歡的舞蹈，在2020年3月，小雨晨還登上了央視《越戰(zhàn)越勇》的舞臺，與殘疾舞蹈老師廖智（雙腿截肢）同臺共舞。

圖源：福建殘聯(lián)公眾號

1993年出生的福建人樂傳載也在6歲那年因一場車禍?zhǔn)チ俗笸龋?005年，他被三明市殘聯(lián)選為運動員苗子參加市級集訓(xùn)。在集訓(xùn)中，市殘疾人輔具服務(wù)中心為他適配上了骨骼式大腿假肢，并安排他在訓(xùn)練的課余時間到假肢站進(jìn)行穿戴假肢的平衡站立、行走、越障、上下階梯、室外行走等功能性恢復(fù)訓(xùn)練。樂傳載也在假肢的幫助下，重新體會到了能站能走的感覺。此后，樂傳載也成為了福建省坐式排球隊的一員，2015年，其作為福建省坐式排球代表隊主力隊員參加了第九屆全國殘疾人運動會，并獲得了第六名的好成績。如今的樂傳載則擁有了一家屬于自己的海鮮燒烤店，為了給客戶送外賣，有時他可以一天行走一萬多步。

圖源：福建殘聯(lián)公眾號

智能假肢等更多助殘科技，正幫助許多殘疾人改善生活。目前程天、大艾、強(qiáng)腦、科大訊飛愛博智能等科技品牌企業(yè)，已確認(rèn)參加2025中國國際福祉博覽會。作為助殘科技成果展示推廣與落地轉(zhuǎn)化的重要平臺，中國國際福祉博覽會將于2025年9月12-14日在北京國家會議中心舉行。本屆展會將特設(shè)“創(chuàng)研匯”科技助殘專區(qū)及品牌展示區(qū)，為企業(yè)、高校及科研院所提供科技創(chuàng)新產(chǎn)品的首發(fā)平臺，并推動科技成果轉(zhuǎn)化及落地應(yīng)用。

目前，組委會正在征集科技助殘優(yōu)秀案例，我們誠摯邀請人工智能、腦機(jī)接口、信息無障礙、智能假肢與康復(fù)機(jī)器人、感知輔助技術(shù)、VR/AR、仿生、神經(jīng)調(diào)控等領(lǐng)域助殘創(chuàng)新相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)、高校及科研院所參與展示，共同推動科技助殘及殘疾人事業(yè)的發(fā)展，讓科技的溫度惠及更多有需要的人群。

資料來源：甲匠Exoartisans公眾號、外骨骼大本營、CAAI認(rèn)知系統(tǒng)與信息處理專委會公眾號、新民科學(xué)咖啡館公眾號、人民日報一撇一捺公眾號、中國殘疾人雜志社公眾號、強(qiáng)腦科技官網(wǎng)、北京大學(xué)公眾號、中國機(jī)器人網(wǎng)公眾號、湖州吳興智能機(jī)器人創(chuàng)新研究院公眾號、繁星創(chuàng)業(yè)營公眾號、廣東省工傷康復(fù)醫(yī)院公眾號、各省市殘聯(lián)公眾號等

參考文獻(xiàn)：

劉作軍,許長壽,陳玲玲,等.智能假肢膝關(guān)節(jié)的研發(fā)要點及其研究進(jìn)展綜述[J].包裝工程,2021,42(10):54-63.