穿戴式机器人利用脑电波可增强肌肉

Wearable robots use brain waves to strengthen muscles.

克里斯汀·索伦森( Kristen Sorensen )去年55岁,当时她从脖子上瘫痪了。

索伦森说:“它无处不在。” “我过得很好,每天都在锻炼,但这只是从我的指尖刺痛开始,然后逐渐发展。”
她于2018年10月被诊断患有吉兰·巴雷综合症(Guillain Barre syndrome),这是一种罕见的会影响人体神经系统的疾病,她从没想过会再次走路。
但是那年早些时候,位于佛罗里达州杰克逊维尔的布鲁克斯赛博尼克治疗中心成为美国第一个使用日本开发的独特康复技术-混合 辅助肢体(HAL)的中心。
HAL-本质上 是可穿戴的机器人-帮助患有脊髓损伤和肌肉营养不良的人恢复运动并增强神经和肌肉。它们被称为外骨骼,是一种轻便的套装,其关节由小型电动机驱动,起到机械肌肉的作用。
这才是真正令人振奋的事情: 患者使用脑电波来控制它们。


当Sorensen听说由日本机器人专家Sankai Yoshiyuki Sankai开发的脑电波控制外骨骼时,她知道必须尝试一下。几个月后的12月,她决心参加女儿的婚礼。
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,将有超过20亿的60岁以上的人,外骨骼可以为世界老龄化人口提供解决方案。
将来,随着人体 年龄的增长,外骨骼-由活跃的思维驱动-可以帮助人们站立。
根据研究公司Markets and Markets的数据,由于拥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 。

驾驶座上的使用者
当Sorensen首次尝试使用HAL时,她几乎无法在平坦的表面上移动。
布鲁克斯中心的一名受过训练的物理治疗师帮助她将HAL贴在腰部和裤子上,并将她连接至传感器,这些传感器有助于在皮肤表面拾取微弱的生物电信号,从而传达患者的移动意图。HAL收到这些信号后,将有助于支持该人的动作。

但是您不能只穿上HAL并期望在几秒钟内冲刺。康复需要时间,决心以及物理治疗师和体重控制装置的帮助,以确保患者在跑步机上使用HAL时得到支撑并保持直立。在该培训期间,物理治疗师会记录每个患者的运动和所用设置(从步行到慢跑模式)。他们可以监视用户的动作并相应地调整设置,因此他们的动作更加自然。
索伦森说,最初感觉像哈尔(HAL)正在通过帮助她的肌肉进行模仿自然行走方式的小腿动作来完成大部分工作,但后来她发现自己越来越坐在驾驶座上。
她说:“在最初的几次之后,您的大脑连接到了HAL,我可以看到自己在动腿。” “这真是令人难以置信-我的心在跳动。”

根据Sankai的说法,通常需要比Sorensen行动力不那么严重的患者尝试2到10次才能适应HAL,这样传感器和大脑才能开始协同工作。但是经过将近40个培训课程,每次培训持续一个半小时,Sorensen还是重新站了起来,尽管得到了助行器的支持。她参加了女儿的婚礼。
目前,三开的外骨骼正在日本,菲律宾以及德国和波兰帮助患者恢复肌肉运动。

HAL背后的大脑是带眼镜的亿万富翁机器人专家Sankai。他领导成立于2004年的日本公司Cyber​​dyne,他的愿景是创建旨在“融合人,机器和信息”的这些“可穿戴式机器人”。
尽管Sankai的公司名称可能让人回想起可怕的Cyber​​dyne Technologies,该公司曾在美国科幻电影大片《终结者》中创造了邪恶的机器人,但这位日本机器人家希望创造的技术不是为了战争,而是为了和平与复兴。

1960年代,三开(Sankai)9岁时,他被科幻小说家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)发现了“我,机器人”,并为技术的积极应用所吸引。他决定在日本筑波大学攻读工程学。1998年,Sankai制作了他的第一个HAL原型,该原型成为世界上第一个,并在接下来的数十年中将其改进为今天的时尚,轻巧的版本。
以前,机器人辅助技术的重点是军事用途。但是,如今,HAL成为了一波研究浪潮的一部分,该浪潮致力于使用外骨骼技术来治疗疾病或为佩戴者提供支持。例如,哈佛大学的研究人员于2014年推出了软外衣,可增强患者的力量,就像HAL一样。福特(Ford)等汽车制造商正在工厂地板上使用外骨骼减轻工人的疲劳。HAL也具有医疗领域以外的潜力,从救援和支持,劳动密集型工厂工作到娱乐和养老服务,应有尽有。
Sankai说:“(日本)工人的平均年龄很高,因此这些技术可以帮助他们并逐步提高老年人的身体机能,从而使他们保持独立。”
但是,当新技术被创造出来时,几乎没有社会法规来规范它们。
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权。Cyber​​dyne有两个道德委员会;一个致力于促进研究;另一个则是在创建和开发新设备和技术时坚持和平理念。
接下来,Sankai及其团队正在收集有关其治疗方法的数据,以更好地改善其现有医疗设备。Sankai的目标是准备可以长期维持和增进人体健康的医疗设备。
目前,他很高兴看到从老年人到重度残疾的每个人都重新获得独立。Sorensen同意这个想法。
她说:“当我使用HAL时,有来自全国各地的人来使用设备。” “我希望这种技术能够更容易获得。”

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