傳統假肢產品通過開關切換控制，操控假肢就像操控復雜的機械一樣，需要學習和記憶切換這些開關的順序，但強腦科技把人的意圖信號分解詳細，大大提高了機械手的靈活度。

文｜王雅迪

ID | BMR2004

在科技飛速發展的今天，腦機接口技術正逐漸從科幻走向現實，為人類生活帶來前所未有的變革。其中，作為“杭州六小龍”之一的強腦科技，憑借其在非侵入式腦機接口領域的深耕，為肢體殘疾人和機器人領域帶來了全新的可能性。

據第六次全國人口普查數據顯示，我國肢體殘疾人達2472萬，占總殘疾人數量的29%，是所有殘疾種類中占比最大的群體。

強腦科技與馬斯克的Neuralink是全球唯二融資超3億美元的腦機接口企業。從2015年成立開始，強腦科技僅用了7年時間，便實現全球首個便攜式高精度腦機接口產品10萬臺量產，突破了消費級腦機接口設備的工程和技術難題，成為全球腦機接口領域的領軍企業之一。

從2024年開始，強腦科技研發適配人形機器人和機械臂的靈巧手，嘗試進入具身智能領域。從為肢體殘疾人重塑肢體，到為機器人提供關鍵零部件，強腦科技秉持著科技向善的理念，試圖刷新公眾對“科技助殘”以及“人機交互”的認知。

01

如何用“意念”控制假肢？

強腦科技團隊成立初期，一位來自麻省理工學院的成員因學校實驗事故失去了右手，當時團隊已經在底層的腦機接口技術上有了一定的積累，所以都希望為他做一只可以隨心而動的“手”。

令人遺憾的是，當強腦科技團隊開始深入調研殘疾人和輔具市場時，發現面對全球這一龐大群體，卻沒有一款義肢能夠滿足他們對補償手部精細功能的需求。在參加國際消費類電子產品展覽會（以下簡稱CES）期間，團隊看到了許多殘障人士，他們對一款靈巧的智能假肢需求強烈。于是，強腦科技的智能仿生手項目應運而生。

相關研究指出，假肢手靈巧功能的重建與感覺信號和控制信號的閉環流動是密切相關的。感覺反饋的缺失是傳統商業假肢手棄用率超過40%的主要原因之一。早期有研究人員發現，輕輕按壓上臂截肢者截肢殘端附近的區域時，截肢者可以重新感受到缺失的手部，該區域被稱為手指投影區域。

從概念到原型，強腦科技花費了5年時間，如何采用非侵入式腦機接口技術實現運動意圖的識別是它們面臨的最大挑戰。這不僅需要考慮如何設計電極以獲得穩定可靠的信號，還需要讓算法能夠從信號中捕捉到運動意圖對應的典型特征。

強腦科技智能仿生業務負責人向《商學院》雜志表示，采用非侵入式腦機接口技術分為兩點，第一是信號采集，人類不管是表面的神經電肌電還是腦電，非侵入式采集電信號都非常微弱，噪音也多，如何采集得更精準是關鍵，強腦科技自主研發的電極材料解決了這一問題，這是核心技術之一。第二是基于采集到的多通道信號，進行人工智能算法分析，讓它能夠“倒推”人的運動意圖，讓仿生手根據大腦的意圖做出相應的動作。

通過這兩者的結合，強腦科技采用非侵入式生物電感應電極，檢測使用者皮下肌電神經電信號，并精細識別每根手指的運動意圖，使上臂截肢用戶能夠像控制自己原生手一樣，精確控制五根手指的運動速度和位置，做出無限多樣的手勢表達。這是區別于傳統仿生假肢最大的不同，傳統假肢產品通過開關切換控制，操控假肢就像操控復雜的機械一樣，需要學習和記憶切換這些開關的順序，而強腦科技把人的意圖信號進行了細致地分解，大大提高了機械手的靈活度。

此外，其他腦機接口產品的應用拓展離不開新式電極材料固態凝膠電極的研發，該材料可以與皮膚形成良好的接觸界面，在不需涂抹導電膏的情況下獲得低接觸阻抗，以采集高質量的腦電信號。這使強腦科技攻克了腦電信號采集的難題，精準度達到了醫療級腦電設備的95%以上。

據了解，目前強腦科技智能仿生手已推出“標準”與“高端”兩個版本，兩者的區別在于標準版是2個通道的電極采集，用戶只能使用人體動作頻率最高的24種手勢，而高端版是8個電極通道的電極采集，可以實現每根手指的獨立運動。大部分肢殘人士會優先使用高端版，實現五指直覺獨立控制，但一些由于電擊或者燒傷等原因導致用戶神經信號比較微弱的，也可以選擇穿戴標準版。

2019年，強腦科技智能仿生手產品獲得CES創新大獎；同年12月，該款產品被《時代》雜志評為年度百大最佳發明，并成為第一款登上《時代》周刊封面的智能仿生手。2020年，智能仿生手實現量產，這也是全球首款實現直覺神經控制的量產智能義肢。

02

個性化適配，解決棄用難題

人手的自然運動非常復雜，每個人的運動習慣都存在著個性化差異。強腦科技的智能仿生手通過置于接受腔內的電極，捕獲來自用戶殘留肢體的神經電肌肉電信號，在進行AI算法解析后，轉化為仿生手的動作，從而達成直觀的控制感。個性化的識別模型是滿足個體差異需求的關鍵。

強腦科技智能仿生業務負責人表示，每個人都有云端訓練的定制模型，根據用戶的使用狀態不斷完善，比如使用一段時間后信號質量更好，那么云端就可以重新訓練，甚至越用越好用。通過錄入用戶試圖控制仿生手時的神經肌肉活動信息，機器學習算法便能掌握用戶的神經肌肉活動特點，生成個性化的識別模型。

傳統假肢手接受腔采用石膏成型工藝，殘肢形狀匹配度與制作老師技術相關，技術不好會導致佩戴不舒適，加之傳統商用假肢手操控困難，導致傳統商用假肢手棄用率高，造成資源浪費。強腦科技實現接受腔數字化適配，突破傳統假肢的適配方式，改善了仿生手棄用難題。

具體來看，其采用數字化適配技術，3D掃描-打印工藝進行仿生手的快速適配，使用戶殘肢與打印的接受腔100%貼合。此外，材料選擇多元化實現了產品的質量更輕、結構更加強韌。同時，外觀設計做到了輕薄透氣，解決了傳統接受腔封閉、悶且易出汗的問題。這些都提升了仿生手日常生活的實用性和使用者對仿生手的接納程度，降低仿生手棄用率。

智能仿生業務負責人透露，目前，強腦科技智能仿生手和仿生腿的市面價格只有進口品牌同類產品的五分之一到七分之一。為了讓更多肢殘人士能夠享受到先進技術帶來的便利，強腦科技還在推動公益項目的開展。作為產品、技術支持方，強腦科技計劃為1000名浙江省截肢市民免費安裝仿生腿，截至發稿，已觸及300多名用戶。

強腦科技智能仿生業務負責人指出，由于每個人的肌電、神經電信號不一樣，受傷原因也不一樣，因此導致每個人的訓練時長有較大區別，剛截肢不久且肌肉尚未萎縮的用戶，3—5天時間就可以很好掌控。對于幾十年沒有穿戴過仿生手、肌肉萎縮的用戶，適應時間可能會長一些，這也是助其康復的過程，整個殘肢的健康狀態會有顯著提高。

在2023年第4屆亞洲殘疾人運動會開幕儀式上，中國代表團游泳隊的徐佳玲作為最后一棒火炬手登場，她佩戴的就是強腦科技的智能仿生手。據了解，強腦科技團隊初次接觸到徐佳玲后，發現她的殘肢比較短，且由于多年未使用，產生了一定的肌肉萎縮，傳統的接受腔對她來說比較重，穿戴體驗感較差。因此，強腦科技為她重新“私人訂制”了接受腔。

工程師團隊透露，“一般用戶只需要花幾個小時與仿生手進行初次匹配，之后磨合3—5天就能做到精準控制，但是徐佳玲因為殘肢的受力問題，需要更多時間，所以我們集訓了超過半個月，每天陪她訓練三四十分鐘，過程中針對性地調整手指靈敏度、信號強度以及手指力量，讓她能達到一個最舒適的狀態。”

03

為機器人提供關鍵零部件

2024年初，強腦科技開始研發適配人形機器人和機械臂的靈巧手，以賦能人形機器人挖掘更多服務場景和應用。

智能仿生業務負責人表示，一方面是團隊感知到了具身智能的發展前景，另一方面是客戶有需求。此外，我們已有的寶貴數據和經驗可以很好地復制到靈巧手領域，這是很重要的原因。

靈巧手作為人形機器人重要的末端執行器，是人形機器人邁向通用化最核心的技術之一。根據驅動方式，靈巧手可以分為柔性驅動和剛性驅動兩大類。柔性驅動包括氣動型、液壓驅動型和肌腱驅動型，主要通過柔性元件（如氣動或液壓管道、肌腱）來傳遞力量，實現手指的彎曲和伸展。剛性驅動包括齒輪連桿驅動型、連桿驅動型和關節電機驅動型，主要通過剛性機械結構（如齒輪、連桿）或電動機直接驅動手指運動。

靈巧手驅動電機主要包含空心杯電機、無刷有齒槽電機。由于生產難度系數更高，同級別空心杯電機是普通電機價格的10倍。目前，強腦科技智能仿生靈巧手采用空心杯電機驅動，其空心杯電機采用無鐵芯轉子，消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，因此效率更高，轉動慣量小，易于控制，為其產品的穩定性和高負載能力提供了堅實的基礎。

強腦科技智能仿生靈巧手單手抓握力高達6公斤，承載能力可達30公斤。高負載/承重能力一方面取決于靈巧手的強韌堅固的本體材料，另一方面取決于能夠實現自鎖的機械結構，蝸輪蝸桿加連桿的機械結構賦予靈巧手高度的負載能力。

ICT行業獨立分析師孫永杰向《商學院》雜志表示，腦機接口主要是通過設備和技術把人的大腦和外部直接進行相連，相關的操作是通過大腦外部捕捉信號，經由傳感器和算法轉換成對于智能仿生手的操作。而人形機器人中的靈巧手，則完全是通過自身的傳感器和算法來實現操作。

強腦科技智能仿生業務負責人指出，從仿生手到靈巧手，軟件層面，強腦科技開放了機器人和機械臂的接口，可以通過后臺軟件來控制；硬件層面，2024年上半年及以前，靈巧手還是人形機器人的選配，隨著靈巧操作需求的提升，逐步成為標配。據預測，隨著具身智能操作反饋需求的提升，靈巧手觸覺感知要求也將會進一步提升。

基于此種需求推動，強腦科技于2024年8月底推出了多模態觸覺版靈巧手，搭載“TS-F+多模態觸覺傳感器”，能夠實現更高靈敏度（力分辨率最高可達0.01N）、獨有材質識別能力（可識別30多種不同材質）、空間感知維度（感知距離可達≥2cm），對柔性、易碎物品自適應力抓取，同時能精準完成握筆、倒水、抓雞蛋等精細工作任務。

智能仿生業務負責人指出，一般靈巧手有四個核心技術參數，即靈活度、操作精度、控制速度以及觸覺感知。從生物學角度看，人類手指有20個自由度，手腕有7個自由度，整個人手是有27個自由度。目前市面上的靈巧手產品主要分兩類，一類具有6個自由度，優勢在于穩定性和成本效益較高，很多頭部企業已實現量產；另一類則有更多的自由度，如特斯拉“擎天柱”的手具有22個自由度，代表了未來靈巧手的發展方向，更加靈巧柔性操作，期待盡快實現量產并穩定應用。

孫永杰指出，在技術方面，因為體積的限制（盡量與人手大小一致），需要相當高的集成度（包括傳感器、電機及其他部件），僅就主要的電機和傳感器而言就存在挑戰，例如電機、傳感器的小型化，甚至是微型化。除了硬件外，傳感器等會實時產生大量的相關感知和交互數據，而這些數據與操作形成閉環才能實現精準控制和操作，同時還要輔以數據訓練，這又涉及到機器學習、人工智能等領域的技術，需要將訓練數據有效地整合到控制算法中，最終才能實現精準反饋與控制。

成本方面，目前靈巧手大約占到整個人形機器人的15%～20%左右，這意味著自由度越高，成本也越高。鑒于現在還處在人形機器人的早期，離全面商業化尚有距離，所以并非所有相關企業都能或者愿意前期投入巨額成本。

04

研發早期需共建生態合作

據了解，強腦科技每年最大的投入來自研發，目前仍處于大量投入階段。除了上述提到的主要產品外，強腦科技還基于腦機接口技術研發出腦機智能安睡儀、腦機接口專注力訓練系統、舒壓助眠系統等產品線，均已實現量產并投入市場。

智能仿生業務負責人提到，具身智能行業尚處于初期，需要生態鏈上下游緊密協同，形成合力，共同促進具身智能行業的發展。以靈巧手為例，其發展深度依靠于上下游生態伙伴的共同發展。一方面，人形機器人和機械臂的更多場景應用，將為靈巧手的落地帶來更廣泛空間；另一方面，電機、傳感器等關鍵零部件的性能和成本優化，也將為靈巧手更穩定、更靈巧操作提供堅實基礎。

相關報道顯示，截至目前，中國已經有包括高校、研究所、企業、醫院等在內的200余家單位開展腦機接口業務，但腦機接口領域人才缺口近萬人，預計到2030年，人才缺口將達到20萬人。腦機接口專業方向涵蓋了醫學、數學、物理、化學、計算機、電子、機械、材料、信息等多學科知識，課程中包含工程思維訓練、腦機智能倫理等內容。

未來人工智能與腦機科技的融合應用離不開學科交叉型人才的培養，跨學科復合人才缺口大，企業和學校需要進一步聯合，借助更多前沿技術研發力量的牽引和技術落地產業化的反哺，把多種學科培育糅合起來，才能真正培養出適應產業發展的復合型人才。

2024年9月，強腦科技與華為、中軟國際教育科技集團共同簽署了神經電信號AI創新&實訓中心領域合作協議，在培育腦機接口行業人才和科創研究領域展開全面合作。12月，強腦科技還與浙江大學信息技術中心共同成立“智云x強腦腦機創新實踐中心”，構建“產、學、研、賽”四位一體的人才培養模式，賦能普通高校及職業技術院校腦科學與人工智能實訓中心建設。

在孫永杰看來，腦機接口技術中的智能仿生手是人類手的替代，而靈巧手則更像是對于人類手的模仿。兩者的共性在于，最終目的都是要部分甚至全部替代人類手。（本文圖片由受訪者提供）

來源 | 2025年2&3月合刊