可预见的未来——假肢机器人

机器人技术的发展迭代,使假肢(Prosthetics)机器人正越来越好地复制人类腿部的自然运动,令截肢人群能够在楼梯、斜坡、凹凸不平的地面行走甚至舞蹈,使他们不用担心摔倒,及他们的假肢会对其他身体部位产生过大压力。它们具有更好的独立运动能力,能够与其用户的步态协同运动。

目前,人们正更多地聚焦如何优化人类大脑对它们的直接控制(Mind - control),使它们与人体的自然结合提升新的高度。本期文章中,我们将为大家分享假肢机器人领域的发展成果及未来趋势。

毋庸置疑,人们在假肢机器人的研发过程中,始终不断致力于实现假肢机器人与人体的自然协作,从功能的模仿、材料的亲和性到思维控制。


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    一款成熟的假肢机器人精密而复杂。它通常包括:帮助实现肌肉功能的电机;为假肢机器人活动提供能源的锂电池;用于连接人体末梢神经的丰富传感器,以传递诸如大腿和小腿之间的角度、给脚踝及脚跟部的施力大小等信息;用于提供中枢神经相应的功能微处理器;负责协调人体动作与假肢活动一致性的控制系统,并感知用户从一个动作转换至另一动作的意图。

    这些原件必须设计得纤细精巧,其重量和尺寸刚好能够相互组合并和人类腿部结合,复制其所有基本功能。

    在更为高端的机器人系统中,神经交互界面,实现更精妙地协同机器人与大脑更好工作。

    蓝牙技术也已运用于假肢机器人中,用以机器人程序的编辑,使其更契合用户个人的特殊需求。


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    材料的发展给了假肢机器人的制作提供更理想的材料选择。专为制造假肢机器人研发的塑料及碳纤维材料,相比传统材料,更具有生物特性。钛金属就是很好的一例,它不仅更有效,且更为持久。佩戴用它制作的假肢机器人,患者感到更舒适,降低了脱戴假肢的频率。

    思维控制方面, Johns Hopkins 大学的物理应用实验室已研发出了新一代机器人, 通过重新映射用户截肢部分的残余神经元,使大脑信号传递到截肢机器人的传感器上,机器人上定制的socket接收信号后即可控制手臂。用户只要神思一动,假肢机器人即完成所想。神经元长得更长后,用户甚至能够感知到假肢机器人传递出触感。The socket是与人体接触的那部分截肢机器人,是实现此功能的关键所在。


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    美国的DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency)也于去年6月宣布他们研发出了人脑控制机器人的解决方案。

    截肢机器人相较仿生假肢具有更多优势, 但目前大部分功能仍在测试阶段,最终投向市场并被大众所使用还需要专业医疗法规的认证和更多临床测试。


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    参考文章

    1. AOI: Johns Hopkins develops groundbreaking prosthetics procedure

    2. Robotics Today: Robotics History With Mind Controlled Prosthetic Limbs


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    17 February 2016