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人的手部需要通过协调各种感觉（包括触觉和热感等）来完成日常的工作。对于假肢使用者来说，最终目标是通过与人工传感器建立联系来恢复感觉。最近在上肢截肢者假体开发方面的进展表明，使用不同的方法恢复触觉是可能的。现有的人工传感设备已经成功地用于恢复多种触觉信息的感知，包括纹理、形状和硬度。然而，目前的技术并没有恢复假肢使用者的热感。
近期，洛桑联邦理工学院Silvestro Micera和Solaiman Shokur开发了一种非侵入性的可穿戴设备（MetaTouch），能够通过在残肢的敏感区域提供热刺激来恢复热感觉。该设备将热刺激传递到他们残肢上的特定皮肤区域，这些感觉在现象上与完整肢体上的感觉相似，并且随着时间的推移很稳定。使用该设备，受试者可以成功地利用假肢来检测和辨别不同部位的不同热刺激。该工作以题为“Restoration of natural thermal sensation in upper-limb amputees”的文章发表于Science上。
MetaTouch实现假肢对温度的感知
该文邀请27名成年（24至65岁）上肢截肢者对该设备进行了测评。实验测试了三种热刺激，温度分别为25°、32°和37°C，并要求参与者用视觉模拟量表对他们的热感知进行评价，范围从非常冷到非常热。测试主要关注参与者能够感知到冷、中性和暖刺激的点（热感知一致的点），以及三种刺激的投射感觉重叠的点（一致的位置）。在56%的受试者中，热可以实现对冷热和位置感知一致。在使用化学冷却剂（薄荷膏）的情况下，冷却感觉可以投射在假肢手的类似区域。
为了进一步对比MetaTouch设备于实际手对温度的感知差异，将MetaTouch在热感知点上引起的感觉与在镜像的完整身体部位上的物理刺激进行了比较。文中对8名非截肢者进行了对照实验，将MetaTouch和物理物体放在镜像的身体部位上，以验证MetaTouch能够提供类似于与真实物体接触所产生的感觉。使用了同样的三种材料制成的板块，其大小与MetaTouch热电偶相同。参与者必须报告这两种刺激在位置和热感方面是否匹配。平均而言，非截肢者报告物理刺激和MetaTouch介导的刺激的匹配率为76.4%，其中塑料的匹配率最高（86.8%），其次是玻璃（72.9%）和铜（68.75%）。而截肢者报告说物理刺激和MetaTouch介导的刺激的匹配率为83.3%，这个比率与我们在非截肢者身上观察到的相似（76.4%）。在这种情况下，铜的比率最高（90%），其次是塑料和玻璃（均为80%）
MetaTouch可穿戴设备的稳定性
为了验证该方法可以实现假肢的热感知，设计了一个定制的可穿戴设备（MiniTouch系统）。它是一个灵活的薄膜（200 μm）装置，具有加热和传感特性，可以安装在现有的假肢上，并在9名截肢者身上测试了MiniTouch。使用MiniTouch的检测准确率与同一受试者用完整的手触摸实物的准确率相似（67. 41%）。在两名参与者（P11和P12）身上进行了为期4个月的MiniTouch测试，假肢对热的感知在连续几天内显示出部分稳定的迹象。证明了该系统的稳定性。
小结：总的来说，实验结果表明，这一设备可以以一种部分稳定和可靠的方式应用于上肢截肢者的热感觉恢复。这是一个相对容易实施的解决方案，通过非侵入性的方法进行热恢复，提供直观的、现象学上接近自然的感觉。这一方法最终可能会改善假肢使用者的体验，为情感性触摸和湿润感打下基础。当这一方法与现有的通过神经刺激恢复触觉的解决方案相结合时，也可以提高感觉的自然性，为用户提供多模式和更有效的感觉体验。
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来源：高分子科学前沿
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