智能义肢技术对人类生活意义重大!

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1.什么是义肢?

义肢也称假肢,它的发明真的是方便了很多生活行动不方便的朋友,使他们尽可能的和正常人一样,最重要的是生活可以自理了,不会麻烦家人。从精神上会得到解脱,不在自卑更加有了自信!

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目前真正的义肢已经做得和人的皮肤一模一样,但是大部分还只能作为身体支撑或补全的功能,不能完全配合大脑得到灵敏的神经反馈和活动支配。

2.为什么需要智能义肢?

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传统的义肢活动不太灵敏,而且只适合身体有微小缺陷的人。对于重大缺陷的人来说,无法支配传统义肢的活动。因此需要智能假肢,又叫神经义肢,生物电子装置,是指医生们利用现代生物电子学技术为患者把人体神经系统与照相机、话筒、马达之类的装置连接起来以嵌入和听从大脑指令的方式替代这个人群的躯体部分缺失或损毁的人工装置。

一方面它更灵活,目前新的技术已经能够达到通过脑电波支配智能义肢,达到和身体器官的配合,几乎接近真实“器官”。同时智能义肢还能够反馈感觉到人的大脑,例如疼痛,冷热等。

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更灵活


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美国科罗拉多州的双肩截肢者莱斯•鲍(Les Baugh)成为历史上第一个同时控制两个假肢(MPL)的人。 今天,在那场夺去他双臂的电击事故发生40年后,鲍重新控制了他的四肢,并在相对较短的训练时间后成功地完成了一系列任务。 鲍所使用的模块化假肢是由约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研发的,是义肢革命计划的一部分。

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莱斯•鲍(Les Baugh)

3.怎么设计出来智能义肢?

第一步,要针对性的做一个定向肌肉神经移植手术,约翰 · 霍普金斯创伤外科医生阿尔伯特 · 池(Albert Chi)博士在新闻稿中详细解释了手术过程: “这是一种相对较新的外科手术,重新分配曾经控制手臂和手的神经。

第二步,通过重新分配现有的神经,可以让那些上臂截肢的人仅仅通过思考他们想要做的动作就可以控制他们的假肢装置。 使用模式识别算法来识别正在收缩的单个肌肉,它们之间的交流以及它们的振幅和频率。 我们把这些信息转化成假肢中的实际动作。

第三步,在手术和康复过程之后,受体人需要在实验室接受培训。 开始研究模式识别系统,识别每个肌肉收缩以及他们如何交流。 这些信息正是被“翻译”到假肢肢体运动中的信息。 他们使用了虚拟集成环境(VIE)—— MPL 的虚拟平台,这是一种测试神经接口方法和研究幻肢痛的低成本手段。


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4.智能义肢的发展现状和前景

由于材料所限, 目前假手的柔顺性和感觉功能还比较差,无法与真正的人手相比。随着柔性材料的出现,科研人员开始尝试采用一些具有特殊仿生功能的材料,如形状记忆合金、压电材料、电致伸缩材料、磁致伸缩材料。

最先进的假肢的重要性在于,它将惊人地改善全世界截肢者的生活,使他们在日常工作中更加独立和高效。 老式的假肢有一定数量的“活动自由度” ,通常是三个(肘关节弯曲 / 伸展、腕关节旋转和握力张开 / 闭合) ,但 MPL 提供了更多的可能性。 约翰霍普金斯模块化假肢有26个自由度,17个控制度,逼真的形式,神经接口和100多个传感器检测振动,力量,温度和精细接触。

随着科技的进步和人类生活水平追求的提高,智能义肢,仿生科技将是热门产业,中国应该抓住机会。

国外有名的研究机构:

约翰·霍普金斯大学

国内研究机构:

BrainCo(强脑科技),是一家注册于美国波士顿、由一群中国青年科学家们发起的公司。

文章引用

[1] Modular Prosthetic Limb, Johns Hopkins University 模块化假肢,约翰·霍普金斯大学


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