朱尔斯·凡尔纳1865年的小说从地球到月球，虚构的巴尔的摩枪支俱乐部的成员，所有的南北战争伤残退伍军人，都在不停地寻找新的敌人来征服。战争期间，他们一直在创新新型致命武器。战争结束时，这些自学成才的截肢者“四个人之间没有一只胳膊，六个人之间正好有两条腿”，决定将他们的技能重新用于一种新的投射物：火箭船。
巴尔的摩枪支俱乐部（Baltimore Gun Club）登月的故事讲述了这位老兵非凡的男性力量，他不仅“克服”了自己的残疾；他从中获得了力量和雄心壮志。他们的“拐杖、木腿、假肢、钢钩、橡胶颚、银色头盖骨和白金鼻子”并没有在他们的个性中发挥主导作用，它们只是身上的工具。这些零碎的人不太可能是具有更不可能的使命的发明斗士。然而，谁能比人类自己用技术改造自己更好地设计下一个技术飞跃呢？
正如凡尔纳所理解的那样，美国内战（在此期间60000例截肢由于联邦政府的资助和企业家们申请的一波设计专利，美国现代假肢时代由此拉开帷幕。两次世界大战巩固了美国和西欧的营利性假肢行业，而正在进行的反恐战争也使其迅速发展成为60亿美元全球工业。然而，最近的这项投资并不是由于军事冲突中截肢数量过多造成的：大约1500名美国士兵和300名英国士兵在伊拉克和阿富汗失去了四肢。一般人群的肢体损失使这些数字相形见绌。仅在美国，就有200多万人失去肢体，每年有185000人接受截肢手术。包括我在内，每年有1500至4500名儿童出生时有肢体差异或缺失，人数要少得多。
今天，设计假肢的人往往是善意的工程师，而不是截肢者自己。世界上肥硕的树桩是这些设计师对高科技、超人未来的梦想的宝库。我知道这一点，因为在我的一生中，我已经适应了一些最尖端假肢装置在市场上。在出生时我失去了左前臂，我是美国首批安装肌电假手的婴儿之一，这是一种由佩戴者的肌肉控制的电子设备，肌肉紧贴着假肢插座内的传感器。从那以后，我戴上了各种各样的假手，每一只手都在努力以美学为代价，有时是以功能为代价，达到人手的完美逼真度，但设计总是为了模仿和替换缺失的部分。
在我的有生之年，肌电手已经从类似爪子的结构演变成了多握、可编程、解剖精确的人手仿制品，大多数成本高达数万美元。记者们对这些精致、多功能的“仿生”手爱不释手，它们有着逼真的硅胶皮肤和有机动作，不言而喻的承诺是残疾很快就会消失，任何失去的肢体或器官都将被同样有能力的复制品取代。假手创新被视为一场高风险的竞争，看什么是技术上的可能。Tyler Hayes，义肢创业公司首席执行官原子肢体，这样放在WeFunder视频这有助于从投资者那里筹集720万美元：“历史上的每一次登月都是从相当多的疯狂开始的，从电力到太空旅行，Atom Limbs也不例外。”
我们陷入了仿生手军备竞赛。但我们正在取得真正的进展吗？现在是时候问一下假肢到底是为了谁，以及我们希望它们能实现什么。每一种新的多抓握仿生手往往更复杂，但也比上一种更昂贵，而且不太可能（甚至部分）投保。最近的研究得出结论，简单得多、便宜得多的假肢设备可以同样出色地完成许多任务，尽管有各种电子选择，但奇特的仿生手很少用于抓取。
假肢公司Arm Dynamics生产的这种活动臂比仿生假肢更便宜、更耐用。由德州辅助设备公司（Texas Assistive Devices）生产的假肢附件重量很重，这使得作者可以用她昂贵得多的仿生手臂进行危险或不可能的锻炼。加布里埃拉·哈斯本；化妆：玛丽亚·阮（Maria Nguyen），MAC化妆品；头发：Joan Laqui真人秀
功能或形式
近几十年来，研究和开发新型人工手的压倒性焦点一直是完善不同类型的握把。市场上许多最昂贵的手通过可选择的握把的数量和种类来区分自己。我自己的媒体宠儿，我在2018年收到的Ottobock的be仿生牌，有一个拳头状的强力握把，握把，还有一个非常特殊的模式，拇指放在食指顶部，用来礼貌地递信用卡。我21世纪的肌电手看起来很特别，直到我试着用它做一些日常工作，结果证明它确实如此更多比我简单地把它放在沙发上更麻烦、更耗时。例如，我不能用它把门关上，这是我可以用树桩完成的任务。如果没有极其昂贵的电动手腕，我就无法将燕麦粥从锅里倒进碗里。执行任务酷炫仿生方式虽然它模仿了双手，但显然并没有比我的方式更好，有时是在我的腿和脚的帮助下。
当我第一次与广告蜘蛛，讲师机器人技术伦敦帝国理工学院（Imperial College London）的机器学习，深夜在他的办公室里，但他仍然对机器人手感兴趣，这是他目前的研究重点。斯皮尔斯说，从当今假肢的现实到科幻和动漫的幻想，拟人机器人手是不可避免的。斯皮尔斯说：“在我第一次演讲中，我展示了电影和动画片的剪辑，以及电影制作人如何让机器人的手看起来很酷。”。“在动画中高达，有很多巨大的机器人手抓取物体的特写镜头，比如巨大的枪支。但为什么它需要人手呢？为什么机器人没有一把手枪？”
现在是时候问一下假肢到底是为了谁，以及我们希望它们能实现什么。
斯皮尔斯认为，假肢开发人员过于注重形式而非功能。但他已经和他们谈了很多，知道他们没有分享他的观点：“我觉得人们喜欢人类变得伟大的想法，手是人类变得非常独特的原因。”几乎每一所大学的机器人系都有一个正在开发的拟人机器人手。“这就是未来的样子，”他说，听起来有点恼怒。“但通常有更好的方法。”
绝大多数使用假肢的人都是单侧截肢者——只影响身体一侧的截肢者，他们几乎总是用他们占主导地位的“多肉”手做一些精细的工作，比如拿起杯子。单侧和双侧截肢者也会从他们的躯干、脚和周围环境中的其他物体得到帮助；很少单独由假体完成任务。然而，确定假体成功与否的常见临床评估是基于只使用假体，而不使用其他身体部位的帮助。这样的评估似乎是为了展示假手的功能，而不是为了确定它在使用者的日常生活中到底有多有用。残疾人仍然不是假肢标准的仲裁者；我们仍然不是设计的核心。
Hosmer Hook（左）最初设计于1920年，是一种车身驱动设计的终端设备，至今仍在使用。当把钉子敲入木头时，锤子附件（右）可能比握紧附件更有效。左图：约翰·普列托（John Prieto）/丹佛邮报（The Denver Post）/盖蒂图片社（Getty Images）；右图：Hulton-Deutsch Collection/Corbis/Getty Images
真实世界中的假肢
为了了解假肢使用者如何使用他们的设备，Spiers领导了一项研究该研究使用佩戴在参与者头上的摄像机记录了8名单侧截肢或先天性肢体差异患者的日常行为。本研究，去年出版于IEEE医学机器人和仿生学汇刊包括多种肌电手和身体动力系统，这些系统利用肩部、胸部和上臂的运动通过电缆传输，以机械方式操作假体末端的抓握器。这项研究是在斯皮尔斯还是耶鲁大学的研究科学家时进行的GRAB实验室，由领导亚伦·多拉尔除了Dollar之外，他还与研究生Jillian Cochran密切合作，后者是该研究的合著者。
看着这项研究的原始视频，我感到悲伤，同时也对匿名假肢使用者充满了友情。这些剪辑显示了笨拙、计算错误和意外跌落，即使是非常有经验的假手用户也很熟悉。通常，假体只是帮助将物体支撑在身体上，让另一只手来处理。同样显而易见的是，人们花了多少时间准备肌电假肢来完成一项任务——手动或电子旋转设备的手腕，将物体排成一行以刚好抓住它，并计算出抓握方法，通常需要额外几秒钟。在擦拭厨房柜台时，参与者将一瓶消毒喷雾挂在他们的“钩”手上，似乎是那个把一切都弄清楚的人。
在这项研究中，在所有记录的操作中，平均只有19%使用了假肢装置。一般来说，假肢主要用于无意识的动作，而另一只“完整”的手则主要用于抓取。这项研究强调了使用非电动体动假肢和使用肌电假肢的患者在使用上的巨大差异。对于肘部以下截肢的肢体力量型假肢使用者来说，近80%的假肢使用是非擦伤性运动——推、压、拉、吊和稳定。对于肌电使用者来说，该设备仅用于抓取40%的时间。
更能说明问题的是，与使用更复杂的假肢设备的用户相比，使用非电动抓握器或分离钩的身体动力用户执行任务的时间要少得多。斯皮尔斯和他的团队注意到前者在家里完成任务的流动性和速度。他们几乎可以瞬间使用假手，甚至可以通过驱动此类系统的电缆体验直接的触觉反馈。研究还显示，肌电单抓装置和更高级的肌电多关节、多抓装置在使用上几乎没有区别，只是用户倾向于避免从多抓装置手中悬挂物体，似乎是出于害怕打破物体。
斯皮尔斯说：“我们感觉到，拥有多抓肌肌电手的人对自己的使用非常犹豫。”。难怪，因为大多数肌电手的价格都在20000美元以上，很少得到保险公司的批准，需要频繁的专业支持来改变握力模式和其他设置，而且维修过程成本高昂且耗时较长。随着假肢技术变得更加复杂和专有，长期可用性越来越受到关注。理想情况下，该设备应易于用户修复。然而，一些假肢初创公司正在推出一种订阅模式，用户继续为获得维修和支持付费。
尽管他的研究得出了结论，但斯皮尔斯表示，绝大多数假肢研发仍集中在改进昂贵的高科技仿生手的抓取模式上。他说，即使在假肢之外，非人类灵长类动物研究和机器人技术中的操纵研究也主要关注抓取：“任何没有抓取的东西都会被扔掉。”
TRS为不同的爱好和运动制造了多种由身体驱动的假肢附件。每个附件都是专门用于特定任务的，并且可以很容易地为各种活动交换它们。菲尔劳尔TRS
掌握历史
如果我们已经确定，手是我们人类的特征，而手的独特之处在于它的抓握能力，那么我们唯一拥有的假肢蓝图就是连接在大多数人手腕上的。然而，追求最终的五位数把握并不一定是合乎逻辑的下一步。事实上，历史表明，人们并不总是专注于完美再造人手。
如2001年散文集所述手写：近代早期欧洲的记忆与知识，关于手的想法在几个世纪里不断发展。亚里士多德在书中写道：“灵魂就像手，因为手是乐器的工具。”论灵魂他推论道，人类被刻意赋予了灵活和可握住的手，因为只有我们独特的智能大脑才能利用它——不仅仅是一种器具，而是一种工具理解从字面和比喻上看，或“抓”这个世界。
1000多年后，亚里士多德的思想与文艺复兴时期的艺术家和思想家产生了共鸣。对于莱昂纳多·达·芬奇来说，手是大脑与世界之间的调解人，他在对人手的解剖和插图中花了大量时间来理解其主要成分。他对前臂和手的肌腱和肌肉进行了细致的研究，从而得出结论：“虽然人类的创造力创造了各种发明……但它永远不会发现发明比大自然更美丽、更合适或更直接，因为在她的发明中，没有什么是缺乏的，也没有什么是多余的。”
达芬奇的插图激起了人们对人体解剖学的兴趣。然而，尽管欧洲大师们对人手进行了精心的绘制，但人们更多地将人手视为一种灵感，而非仅仅是人类复制的对象。事实上，人们普遍认为，错综复杂的人手证明了神的设计。基督教哲学家威廉·佩利（William Paley）宣称，没有一种机器比手的屈肌更“人造，或者说更明显”，这暗示着上帝的精心设计。
虽然它模仿双手完成任务，但以酷酷的仿生方式执行任务显然并不比我的方式做事情好，有时是借助我的腿和脚。
到18世纪中期，随着全球北方的工业革命，对世界的看法开始变得更加机械化，生物和机器之间的界线开始模糊。在她2003年的文章中“十八世纪Wetware,”杰西卡·里斯金斯坦福大学（Stanford University）历史学教授写道，“17世纪30年代至19世纪90年代是模拟的时期，机械师们在这一时期认真尝试缩小动画和人工机械之间的差距。”这一时期，假肢的设计发生了重大变化。虽然16世纪的机械假肢是用铁和弹簧称重的，但1732年的一种身体动力假肢使用滑轮系统来弯曲由轻质铜制成的手。到了18世纪末，金属被皮革、羊皮纸和软木材料所取代，这些材料模仿了生活中的物质。
20世纪初的技术优化给假肢设计带来了另一个变化沃尔夫·施韦策苏黎世法医研究所法医病理学家和截肢者。他拥有多种当代假肢，并拥有测试它们所需的经验。他指出，在2000年的大部分时间里，人们都在雕刻和锻造解剖正确的假手。然而，他说，20世纪的身体驱动的分离钩“更现代”，其设计更愿意打破人手的模型。
“以身体为动力的手臂象征着20世纪20年代工业社会的人机象征，”Schweitzer在他的假肢博客中写道“当人类在生产线上或农业中充当时钟齿轮时。”在20世纪20年代最初的霍斯默钩设计中，钩内的一个环仅用于系鞋带，另一个环则用于装香烟。Ad Spiers告诉我，这些设计“功能超群，功能胜于形式。所有作品都有特定的用途。”
Schweitzer认为，随着20世纪对体力劳动的需求减少，一种新的高科技未来愿景——“仿生”手——使高功能但非自然主义的假肢黯然失色。2006年，美国国防高级研究计划署（U.S.Defense Advanced Research Projects Agency）启动了革命性修复术这是一项研究计划，旨在开发具有“近自然”控制的下一代假肢。该项目耗资1亿美元，生产了两个多关节假肢（一个用于研究，另一个成本超过5万美元）。更重要的是，它影响了其他类似假肢的创造，使仿生手成为军方想象出来的-作为假肢的圣杯。今天，多抓握仿生手是霸权的，是半机器人整体性的象征。
然而，一些假肢开发人员正在追求不同的愿景。总部位于科罗拉多州博尔德的TRS是为数不多的活动专用假体附件它通常比机器人假肢更耐用、更经济。这些塑料和硅胶附件，包括一个松软的蘑菇状俯卧撑装置、一个用于提升重物的棘轮钳和一个用于游泳的凹面鳍，帮助我体验了假肢有史以来最大的功能。
这种低技术的活动假肢和身体驱动假肢的性能惊人地好，只需仿生手成本的一小部分。它们的外观和行为都不像人手，因此功能更好。根据Schweitzer的说法，由身体驱动的假肢定期解雇未来的仿生肩部和肘部可能会对肩部以下肢体缺失的人的生活产生巨大影响，前提是这些设备可以变得坚固耐用，价格合理。但对于Schweitzer和大部分对肌电假肢不满的用户来说，假肢行业还没有提供比身体动力假肢更好或更便宜的产品。
我们想要的突破
仿生之手寻求使残疾人“完整”，让我们参与到一个文化上双向的世界中。但更重要的是，我们能够过上我们想要的生活，能够使用我们需要的工具，而不是让我们看起来像其他人一样。虽然许多肢体不同的人已经使用仿生手与世界互动并表达自己，但数百年来完善仿生手的努力很少以我们的生活经历和我们在生活中想做的事情为中心。
100年来，我们一直承诺在假肢技术方面取得突破。我想起了实验室肉品带来的科学兴奋，这同时似乎是一种爆炸性的转变，也是一种理性投降的迹象，政治和文化变革被抛在了一边，取而代之的是一种技术修复。假肢世界中的角色扮演者——医生、保险公司、工程师、假肢医生和军人——几十年来扮演着同样的角色，几乎不可能创造出真正革命性的东西。
与此同时，这场象征性的登月竞赛是一项忘记了最初关注的任务：帮助残疾人获得和使用他们想要的工具。现在有廉价、易用、低技术的假肢，需要对创新进行投资，以进一步降低成本和改善功能。至少在美国，有一个破损的保险体系需要修复。从仿生手军备竞赛中解脱出来，可以为更实用、更实惠的功能性设计开辟可能性，并可能帮助我们实现假肢的愿望。
这篇文章发表在2022年10月的印刷版上。
