義手設計
這幾年，3D列印製作義手，這個主題的產品開發已經相當普遍，甚至有開放式的網站平台，能夠下載義手設計檔案，若要更進一步做到電動控制，更可以另外加裝各種馬達動力，甚至連結意念控制，將穿戴者的意念神經訊號經過外在裝置連結而表現出來，產生動作。看來似乎已經非常成熟的裝置，在研發上還有什麼可以更精進的呢?是觸覺回饋、精細動作還是義肢安裝方式?
設計更輕巧
怎麼樣能夠設計得輕巧又有足夠的強度，關鍵就在材料的選用和機構的設計，這一直是所有工業產品設計的重要考量。而目前義手的材料選用，似乎已經達到一定的成熟度，剩下就是安裝的附屬裝置，像是馬達、電池等，那麼要如何使之更為輕巧呢? 像是電力的提供方面，有科學家在研發利用人體皮膚收縮和太陽能來蓄能，但似乎還沒有見到用在義肢成果。那麼馬達的部份呢?有可能不要傳統的馬達也能操控義手的動作嗎?
人類的各種關節能夠動作，都是一群肌肉共同合作而成，一個簡單的握拳和手掌張開，也是數條肌肉啟動，有的收縮，有的放鬆，用這樣的原理來協同完成動作。數條肌肉的完美合作，正是人類動作精緻且美妙的所在。而不幸截肢的患者，因為沒有這些肌肉，所以失去動作表現。
鎳鈦絲模擬肌肉
德國「薩爾蘭大學」(Saarland University)的工程師，開發出「鎳鈦合金」的新應用，可用來模擬人體肌肉的動作表現。就是他們在義手上安裝很多一束束的鎳鈦絲，並利用通電的方法加熱這些鎳鈦絲，使其產生形變，因為鎳鈦材料特有的「形狀記憶」(shape memory)特性，當溫度上升時，會讓鎳鈦絲回到記憶的形狀，也就是說用這個原理來控制每一條鎳鈦絲的拉緊和放鬆。而這個產品在手指的前後都安置有鎳鈦絲，手指兩側鎳鈦絲的拉緊和放鬆間的合作，就能讓手指產生彎曲和張開的動作。舉例來說，在食指的腹面和背面都安裝有鎳鈦絲束，腹面的鎳鈦絲束，擁有「彎曲」的記憶形狀，背面的鎳鈦絲束，則擁有「拉伸」的記憶形狀，若現在要手指伸直，那就通電加熱背側的鎳鈦絲，讓背側的鎳鈦絲回到拉伸狀態，這時候內側的鎳鈦絲也被拉直了，隨即停止通電；若要讓手指彎曲，可通電加熱內側的鎳鈦絲束，讓它回到「彎曲」的記憶形狀，此時外側的鎳鈦絲也跟著彎曲，便可停止供電。(點這裡看影片)以此類推，手部的各種精細動作，藉由各種鎳鈦絲的肌肉模擬組合，就能輕易完成。重點是，不需要在每根手指甚至是關節都安裝驅動馬達(較笨重、不夠輕巧靈活)，只需要一個晶片來控制供電與否，進而控制手部動作。
這個設計的鎳鈦絲束分佈，因為面積較大，也提供了快速散熱的效果，讓動作能更迅速、均勻。
想想過去生醫人網摘報導過的各種「義手」的設計原理，如果能加上這個鎳鈦絲的應用，或許能製做出一個輕美的義手。
文章參考：Science 2.0
影片來源：reuters, HouseholdHacker
圖片來源：1lenore@Flickr CC BY 2.0
