使用脑电波来增强肌肉的可穿戴机器人

来源:一然网  编辑:一然网   时间:2019-09-19 22:20:37

 克莉丝汀·索伦森去年颈部以下瘫痪时55岁。

 

“它不知从哪儿冒出来的,”索伦森说。我一直很好,每天都在锻炼,但刚开始的时候我的指尖有刺痛感,然后就开始了。”

 

2018年10月,她被诊断为格林-巴利综合征(Guillain-Barre Syndrome),这是一种影响身体神经系统的罕见疾病,她再也没想到会走路。

 

但同年早些时候,位于佛罗里达州杰克逊维尔的布鲁克斯赛博治疗中心成为美国第一个使用日本开发的独特康复技术的中心——混合辅助肢体(HAL)。

 

哈尔——本质上是一个可穿戴的机器人——帮助那些脊髓损伤和肌肉萎缩症患者恢复运动,增强神经和肌肉。它们被称为外骨骼,是一种轻便的套装,关节由小型电机驱动,充当机械肌肉。

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真正令人兴奋的是:病人用他们的脑电波来控制他们。

 

当索伦森听说由日本机器人专家三开(yoshiyuki sankai)开发的脑电波控制外骨骼时,她知道自己必须试一试。几个月后的12月,她决定去参加女儿的婚礼。

 

但受益的不仅仅是那些残疾或受伤的人。根据世界卫生组织(who)的数据,到2050年,60岁以上的老年人口将超过20亿,外骨骼可以为解决世界人口老龄化问题提供一个解决方案。

 

在未来,随着人类身体随着年龄的增长而逐渐老化,一个由活跃的大脑驱动的外骨骼可以帮助人们保持站立。

 

根据研究公司Markets and Markets的数据,由于有如此巨大的潜在应用,到2023年,全球医疗外骨骼市场的价值估计将达到28亿美元。

 

驾驶座上的用户

 

当索伦森第一次尝试哈尔时,她几乎不能在平坦的地面上移动。

 

布鲁克斯中心一位训练有素的理疗师帮助她将哈尔套在腰和裤子上,将她连接到传感器上,传感器可以帮助提取皮肤表面微弱的生物电信号,从而传达患者的移动意图。一旦哈尔接收到这些信号,它就帮助支持这个人的动作。

 

但你不能只穿上哈尔,指望在几秒钟内就能冲刺。康复需要时间、决心和理疗师的帮助,以及一个确保患者在跑步机上使用hal时得到支撑和保持直立的体重控制装置。在训练过程中,理疗师记录每个病人的动作和使用的设置——从步行到慢跑模式。他们可以监控用户的移动并相应地调整设置,因此他们的移动更自然。

 

 

索伦森说,最初感觉哈尔做的大部分工作是帮助诱导她的肌肉做出模仿自然行走模式的小腿部动作,但后来她发现自己越来越多地坐在驾驶座上。

 

“在最初几次之后,你的大脑连接到哈尔,我可以看到我自己在移动我的腿,”她说。太不可思议了——我的心都快爆了。”

 

 

Sankai说,通常情况下,与Sorensen相比,那些行动不便的患者需要2到10次尝试才能适应HAL,这样传感器和大脑才能开始协同工作。但经过近40次训练,每次持续一个半小时,索伦森重新站起来,尽管有助于步行者。她参加了女儿的婚礼。

 

目前,在日本、菲律宾、德国和波兰,三开的外骨骼正在帮助患者恢复肌肉运动。

 

 

 

技术永远

 

哈尔背后的大脑是戴眼镜的亿万富翁机器人专家三凯。他领导的日本公司Cyberdyne成立于2004年,他的愿景是创造这些“可穿戴的电子人”,旨在“融合人、机器和信息”。

 

尽管三开公司的名字可能会让人想起在美国科幻大片《终结者》中制造邪恶机器人的可怕的赛博达因技术,但这位日本机器人学家希望创造的技术不是为了战争,而是为了和平与复兴。

 

 

Yoshiyuki Sankai想用他的外骨骼装置来增强人类。

 

上世纪60年代,当三开9岁时,他发现了科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫的《我,机器人》,并对技术的积极应用着迷。他决定在日本筑波大学攻读工程学。1998年,三开制造了他的第一个哈尔原型,成为世界上第一个哈尔原型,并在接下来的几十年里,将该产品改进为今天的轻巧版。

 

以前的机器人辅助技术以军事用途为中心。但如今,hal是一系列研究的一部分,这些研究的重点是利用外骨骼技术治疗疾病或为佩戴者提供支持。例如,哈佛大学的研究人员在2014年推出了一款柔软的外太空服,可以增强患者的力量,很像哈尔。像福特这样的汽车制造商正在工厂地板上使用外骨骼来减少工人的疲劳。

 

哈尔也有超越医疗领域的潜力,从救援和支持、劳动密集型工厂工作到娱乐和老年护理。

 

“日本工人的平均年龄非常高,因此这些技术可以帮助他们,并逐渐增加老年人的身体机能,使他们能够保持独立,”三开说。

 

但当新技术被创造出来时,几乎没有或根本没有社会和法律规则来规范它们。

 

三开说,这些措施必须事先进行辩论,以便参与制造和使用外骨骼等技术的各方保持对发展方向的控制。赛博达因有两个伦理委员会:一个致力于促进研究;另一个致力于在创造和开发新设备和技术时坚持和平理念。

 

接下来,三开和他的团队正在收集有关他们治疗方法的数据,以便更好地改进他们现有的医疗设备。三开的目标是准备医疗设备,以保持和增加人类健康更长的时间。

 

现在,他很高兴看到从老年人到重度残疾人的所有人重新获得独立。索伦森也这么认为。

 

她说:“当我使用哈尔时,有来自全国各地的人使用这种设备。”我希望这种技术更容易获得。”

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