人工器官之人工智能假肢

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,乐子吴吞,制作,人工器官之,人工智能假肢,我们的,生,生活中,常,常常会,遇,遇到那,些,些因为,肢,肢体残,疾,疾或者,年,年迈而,严,严重影,响,响平时,生,生活例,子,子,目前，,全,全球有6.5,亿,亿残疾,人,人，约,占,占总人,口,口的10%；,根据中,国,国第二,次,次全国,残,残疾人,抽,抽样调,查,查数据,，,，中国,有,有8300万,残,残疾人,，,，约占,总,总人口,的,的6.34%,，,，其中,，,，肢体,残,残疾人,有,有2412万,，,，约占,残,残疾人,总,总数的29%,。,。,视力残,疾,疾,听力残,疾,疾,多重残,疾,疾,言语残,疾,疾,肢体残,疾,疾,智力残,疾,疾,精神残,疾,疾,特殊的,残,残疾群,体,体,残,疾,疾军人,两位残,疾,疾老兵,，,，在战,场,场上为,国,国家流,血,血，生,活,活中的,苦,苦痛也,许,许只有,他,他们自,己,己知道,届时中,国,国年龄,超,超过60岁的,人,人口将,达,达到4,.,.4亿,。,。同时,，,，50,%,%的人,在,在年龄,超,超过80岁后,，,，行动,都,都会受,到,到限制,，,，这意,味,味着运,动,动的依,赖,赖性将,大,大大增,加,加。,目前,2050年,我们需,要,要关注,数,数量庞,大,大的残,疾,疾人群,体,体和,因,因为年,迈,迈而无,法,法享受,到,到运动,快,快乐的,老,老年人,人工智,能,能假肢,他,们,们的希,望,望,智能假,肢,肢是20世纪,后,后十年,发,发展起,来,来的具,有,有高性,能,能的新,一,一代假,肢,肢。与,普,普通假,肢,肢相比,，,，其主,要,要功能,特,特点是,能,能根据,外,外界条,件,件变化,和,和工作,要,要求，,自,自动,调,调整假,肢,肢系统,的,的参数,，,，使其,工,工作可,靠，运,动,动自如,，,，具有,更,更好的,仿,仿生性,。,。,智能假,肢,肢概述,人类一,直,直以来,都,都有一,个,个梦想,即 使,人,人的躯,体,体变强,！,！,途径有三,身体变超人,外骨骼机器人,人体装上机械肢体,回到智,能,能假肢,智能假,肢,肢的组,成,成，除,了,了假肢,本,本体以,外,外。还,应,应有以,下,下组成,部,部,分：,(1),敏,敏感元,件,件：即,各,各种传,感,感器。,它,它们的,作,作用是,将,将外界,条,条件变,化转换,成,成可提,取,取的信,号,号，一,般,般为模,拟,拟电信,号,号。,(2),信,信息,处,处理单,元,元:,通,通常,是,是微型,计,计算机,，,，其作,用,用是读,取,取敏感,元,元件,发出的,信,信号,进,进,行,行识别,和,和决策,，,，并发,出,出控制,指,指令给,可,可控制,元,元件。,(3),可,可控制,元,元件：,一般安,装,装在假,肢,肢本体,内,内部，,用,用于调,整,整价值,运,运动的,参,参数，,力参数,，,，结构,参,参数等,。,。使假,肢,肢按要,求,求工作,。,。,以智能,膝,膝关节,为,为例,膝关节,是,是膝上,假,假肢系,统,统的核,心,心部件,，,，是保,证,证截肢,者,者能站,立,立和行,走,走的关,键,键所在,。,。,随着对,假,假肢性,能,能要求,的,的不断,提,提高，,下,下肢假,肢,肢不仅,要,要满足,能,能够站,立,立和行,走,走者两,个,个基本,功,功能，,还,还要求,步,步态自,然,然，与,健,健侧对,称,称性好,：,：能适,应,应步行,状,状态的,变,变化，,例,例如步,行,行速度,变,变化，,路,路况(,坡,坡道，,楼,楼梯),的,的变化,等,等；此,外,外还要,在,在使用,者,者可能,被,被障碍,物,物绊倒,的,的紧急,情,情况下,的,的保证,安,安全等,。,。,这些功,能,能是普,通,通假肢,无,无法实,现,现的。,解,解决这,些,些问题,的,的途径,是,是就使,膝,膝关节,“,“智能,化,化”。,膝关节,的,的力矩,在,在一个,步,步态周,期,期内是,变,变化的,，,，摆动,期,期的初,期,期需要,助,助伸力,矩,矩，摆,动,动期的,后,后期则,需,需要大,的,的阻尼,力,力矩。,不仅如,此,此，膝,关,关节力,矩,矩还与,步,步行的,速,速度，,路,路面状,态,态有关,。,。例如,，,，步行,速,速度快,时,时，助,伸,伸力矩,要,要大，,以,以便小,腿,腿能跟,上,上步行,速,速度。,否,否则小,腿,腿摆不,出,出去，,就,就不能,快,快速行,走,走。,为了减,少,少冲击,力,力，快,速,速行走,时,时，阻,尼,尼力矩,也,也应相,应,应加大,。,。正常,人,人在不,同,同步行,速,速度和,路,路面上,行,行走时,膝,膝关节,角,角度变,化,化曲线,见,见图l,，,，相应,的,的力矩,变,变化曲,线,线见图2。,力矩可,控,控装置,力矩可,控,控装置,的,的类型,有,有变机,械,械摩擦,式,式，液,压,压式，,气,气动式,，,，磁粉,离,离合器,式,式，电,流,流变液,阻,阻尼式,等,等。,变摩擦,式,式阻尼,与,与摩擦,离,离合器,原,原理相,似,似，,它,它通过,一,一定的,机,机械装,置,置改变,离,离合器,两,两边相,接,接触面,的,的正压,力,力，来,控,控制摩,擦,擦力矩,的,的大小,。,。磁粉,离,离合器,可,可通过,改,改变加,在,在磁场,上,上的电,压,压来改,变,变传递,的,的力矩,。,。电流,变,变液是,一,一种新,型,型智能,材,材料，,这,这种流,体,体的黏,度,度可随,施,施加在,其,其上的,电,电压而,变,变化，,而,而且响,应,应速度,很,很快，,可,可控性,好,好。因,此,此可作,为,为力矩,可,可控的,材,材料。,液压或,气,气压式,阻,阻尼器,是,是通过,改,改变进,气,气(油)或排气(油)门的开,度,度来控,制,制输出,力,力矩的,。,。因此,除,除了气,缸,缸，油,缸,缸外，,还,还要有,驱,驱动系,统,统。目,前,前已有,的,的智能,假,假肢多,采,采,用这种,装,装置。,力矩控,制,制方法,早期的,电,电控假,肢,肢是人,工,工智能,假,假肢的,前,前身，,其,其控制,系,系统是,由,由分立,元,元件和,逻,逻辑门,电,电路组,成,成的简,单,单开关,逻,逻辑控,制,制。实,现,现的功,能,能是对,关,关节的,锁,锁紧和,解,解锁。,开关控,制,制信号,源,源一般,取,取自足,底,底压力,信,信号或,膝,膝关节,转,转角信,号,号、踝,关,关节转,角,角信号,等,等。随,着,着微处,理,理器性,能,能提高,，,，特别,是,是单片,机,机的出,现,现，为,假,假肢控,制,制提供,了,了更为,灵,灵活有,效,效的手,段,段，,电,电控假,肢,肢也由,开,开关控,制,制时代,进,进入微,机,机控制,时,时代。,世界上,首,首例应,用,用“人,工,工智能,”,”科学,的,的仿生,智,智能假,肢,肢,2006年5,月,月在德,国,国莱比,锡,锡国际,展,展览会,上,上的亮,相,相的新,版,版C-Leg,智能,仿,仿生腿,采,采用了,人,人工智,能,能科学,的,的原理,，,，应用,整,整合计,算,算机科,学,学，仿,生,生学，,力,力学，,机,机械学,等,等一系,列,列相关,学,学科的,内,内容，,不,不仅可,以,以实现,普,普通假,肢,肢代偿,下,下肢站,立,立行走,的,的功能,，,，保证,行,行走的,稳,稳定性,、,、安全,性,性和动,态,态性能,，,，而且,，,，由于,“,“人工,智,智能”,科,科学原,理,理的应,用,用，它,突,突破了,机,机械产,品,品的局,限,限性，,具,具有“,思,思考”,和,和反馈,的,的功能,，,，可以,更,更好地,配,配合人,体,体的功,能,能需求,，,，就象,截,截肢者,原,原有的,肢,肢体从,新,新生长,出,出来一,样,样。,卓越的,功,功能使C-Leg,智,智能,仿,仿生腿,诞,诞生至,今,今已经,获,获得了,诸,诸多重,要,要的国,际,际奖项,，,，如“,奥,奥地利,国,国家创,新,新奖”,（,（AustrianStateAward,）,），“,德,德国设,计,计俱乐,部,部”(DeutscherDesignerClub),银,银奖，,以,以及2006,年,年在日,本,本获得,的,的“卓,越,越设计,奖,奖”(Good DesignAward),等,等，这,些,些奖项,表,表明，C-Leg,智,智能仿,生,生腿是,高,高科技,、,、革新,功,功能和,完,完美设,计,计的结,合,合。,整个这,套,套体系,的,的功能,不,不管快,行,行还是,慢,慢走、,不,不论是,活,活动还,是,是静止,都,都在进,行,行。C,-,-Leg智,能,能仿生,腿,腿监测,行,行走的,每,每一步,，,，会综,合,合考虑,所,所有测,量,量数据,的,的方方,面,面面以,适,适应任,何,何一种,情,情况，,然,然后连,续,续不断,地,地回应,使,使用者,的,的需求,。,。这就,意,意味着,不,不论是,走,走楼梯,、,、上下,斜,斜坡，,还,还是应,对,对不同,的,的路况,，,，使用,者,者不用,再,再集中,精,精力控,制,制假肢,，,，而能,节,节省体,力,力和精,力,力做自,己,己想做,的,的事。,人工智,能,能假肢,创,创造奇,迹,迹，更,接,接近真,正,正的肢,体,体,伊拉克,和,和阿富,汗,汗战争,推,推动了,假,假肢技,术,术的发,展,展，使,得,得曾经,只,只在科,幻,幻小说,中,中出现,的,的情节,得,得以实,现,现。随,着,着计算,机,机、微,处,处理器,、,、小型,液,液压推,动,动系统,的,的发展,，,，结合,新,新型材,料,料的发,明,明，如,碳,碳纤维,。,。使得,新,新型智,能,能假肢,在,在功能,更,更强大,、,、更全,面,面的同,时,时，也,更,更结实,轻,轻便。,奥巴马,先,先生：,我要退,役,役，我,要,要回国,，,，我怕,失,失去我,的,的手臂,和,和腿脚,驻伊士,兵,兵,士兵先,生,生：,不用担,心,心！我,们,们已经,造,造出来,先,先进的,人,人工智,能,能假肢,了,了，比,你,你原装,的,的好用,多,多了,奥巴马,人的手,是,是一个,奇,奇迹，,它,它的功,能,能和灵,巧,巧几乎,是,是不可,能,能复制,的,的，但,全,全球的,生,生物技,术,术公司,正,正在开,发,发新一,代,代手指,可,可以灵,活,活动作,的,的假手,，,，使假,手,手可以,做,做更精,细,细灵巧,的,的工作,。,。,例如一,种,种轻型,人,人工智,能,能假手Fluidhand。它的,每,每个关,节,节都由,微,微型液,压,压推动,系,系统提,供,供动力,，,，通过,在,在截肢,者,者肢体,残,残端肌,肉,肉中植,入,入传感,器,器，控,制,制每个,手,手指的,移,移动和,控,控制。,独,独立的,推,推动系,统,统使得,手,手指表,现,现得更,加,加自然,，,，并使,其,其比一,般,般假肢,更,更具灵,活,活性。,通,通过位,于,于手指,和,和手掌,的,的传感,器,器，截,肢,肢残端,神,神经肌,肉,肉可以,感,感觉到,物,物体，,并,并根据,实,实际情,况,况来控,制,制握力,大,大小。,新假肢,的,的功能,远,远远超,过,过了早,期,期版本,。,。它,使,使用的,技,技术称,为,为脑-机接口,，,，来自,大,大脑的,信,信号通,过,过传感,器,器传输,到,到假肢,。,。,另一项,技,技术突,破,破来自,芝,芝加哥,康,康复研,究,究所，,神,神经外,科,科手术,移,移植技,术,术。它,能,能够将,一,一名截,肢,肢病人,控,控制手,臂,臂和手,的,的神经,从,从肩部,移,移植到,上,上胸部,。,。这些,改,改道的,神,神经通,过,过胸部,完,完好的,肌,肌肉，,发,发送信,号,号给传,感,感器，,以,以更好,地,地控制,和,和