外骨骼系统的原理、发展和研究方向

医疗器械 来源:医疗器械创新网
2014
09/25
14:30
医疗器械创新网 医疗器械

医谷编者按:上周,医谷发布了一篇《机甲战士不是梦:Rewalk、EKSO、CyberDyne HAL三家外骨骼机器人深度比较》,可以预见,以外骨骼为基础机器人未来会有巨大的发展空间,不过其原理和未来研究方向具体如何?我们来看看这篇文章。

外骨骼系统的原理

外骨骼系统通过患者大脑意识活动性进行控制,大脑活动性由放置在患者大脑皮层上的电极探测到。信号将无线传输至使用者携带的计算机系统上,再转换成机械动作。传感器结合机械外骨骼结构,能够将触觉、温度和力量信息反馈至使用者。

要读取大脑中的指令,需要把电极直接植入瘫痪患者的大脑中。在放置电极时,不仅要把电极植入颅骨下的脑组织内,而且还要能同时探测大脑皮层上的更多神经元。运动皮层是大脑内负责产生运动指令的区域,它发出的指令通常会传递到脊髓,控制和协调肌肉活动,因此很多电极都会植入运动皮层。要处理来自传感器的海量数据,还要为瘫痪患者专门研制新一代神经芯片。这些芯片与微电极一同植入患者大脑后,它们就可以提取出控制全身外骨骼所需要的初始运动指令。在数字指令的驱动下,穿着外骨骼的患者会逐渐迈开步子,调节自身行进的速度,甚至可以屈膝、弯腰、爬楼梯。

外骨骼系统的发展

外骨骼(Exoskeleton)的最初概念来源于生物学,是指为生物提供保护和支持的坚硬的外部结构,比如昆虫身上能够起到帮助行动以及保护身体不受伤害作用的外骨骼。人类受此启发便开始了机械外骨骼技术的仿生研究。通过能源装置提供外动力,机械传动系统及控制测试系统,保证人体各种动作于机械之间的协调性。外骨骼系统将机械和人体实现完美的融合,从而帮助人体完成各种动作和提升效率。

外骨骼系统的最早研究始于20 世纪60 年代。最早的人体外骨骼助力系统是1966年GE研制的Hardman助力机器人。2000年,美国五角大楼高级研究计划署投资数千万美元开始为期7年的机械外骨骼的研究计划(EHPA)。2002年,第一件具有划时代意义的机械外骨骼衣(XOS)诞生。2004年,日本机器人专家山本嘉之教授推出他的全身机器外骨骼HAL-5,HAL-5没有采用传统的液压式传动系统,而是将感应器附着到使用者上,实现微小肌肉信号的检测,从而使机械能够学习使用者的自然姿态。2010年,美国研制出比XOS1性能更加完善、更加轻便和强壮的XOS2。同年,新西兰一家公司发明了全球首对仿生机械腿“REX”,安装在下身瘫痪者的腿上,能支撑身体,帮助他们重新站起来。借助它使用者可以轻松地站立、行走,甚至上下楼梯。这种装置重量为38公斤,由一个轻便充电池提供动力,充电一次可全天使用。今年9月12日,以色列外骨骼系统提供商ReWalk Robotics公司美国纳斯达克成功上市。ReWalk Robotics公司旗下共有两款产品,分别是ReWalk 个人版和ReWalk 康复版;前者主要适合家庭和工作环境使用,后者则是用于临床修复。公司旗下的Rewalk个人版2012年底拿到欧盟CE认证,2014年6月通过FDA认证,从而成为是第一款通过FDA认证的个人使用产品。

外骨骼系统的研究方向

虽然外骨骼系统方面的研究取得了很大的进展,然而现实中还有许多问题需要解决。目前外骨骼系统主要通过采集肌电信号和力反馈的方法来获取穿戴者的运动意图,肌电信号采集的方法有很严格的外界环境限制,一旦信号采集的地方发生微小的变化(如流汗等)就会干扰信号的采集;而力反馈法具有本质上的滞后性,当穿戴者做出快速的运动或者高难度的动作时就会有阻碍感。另外,外骨骼主要通过捆绑的方式与穿戴者连接在一起,捆绑处因肌肉的收缩、伸展产生的形状变形会很大程度上影响外骨骼的定位精度。

外骨骼系统是一个复杂的人机耦合的一体化系统,对于其控制系统研究是重中之重。关于控制系统的研究,目前有两个大的方向,即外骨骼系统内控制以及基于网络技术的远程控制系统。另外,就是关于材料即人造肌肉纤维的研究。利用电压变化使人造纤维收缩或伸张来产生力量来取代目前通用的液压驱动系统,从而解决液体渗漏和人机间的磨合期问题。 而早在1999年8月,德国、美国、澳大利亚和意大利同行合作研制出人造肌肉纤维,这种人造肌肉纤维不仅能适用于人类的移植和修复手术,还可以作为机器人的运动构件,或者作为高灵敏度传感器的材料。2008年,美国加州大学洛杉矶分校的研究人员制造出了一种人造肌肉,它能够自我愈合并能够储存电能。可以预见,人造肌肉将会出现在新一代的外骨骼系统上,通过人类意识控制人造肌肉的收缩和舒张来达到人体与机器之间的协调。

来源:医疗器械创新网

为你推荐

恩凯赛药完成数千万元A++轮融资,加速推进NK细胞免疫产品管线资讯

恩凯赛药完成数千万元A++轮融资,加速推进NK细胞免疫产品管线

近期,恩凯赛药(上海恩凯细胞技术有限公司)宣布完成数千万元A++轮融资,本轮融资由三生制药领投,张科禾润、易津资本等跟投。本轮募集的资金将用于加速推进恩凯赛药在研产品管...

2024-11-22 09:22

CDE:细胞治疗产品临床药理学研究技术指导原则(试行)资讯

CDE:细胞治疗产品临床药理学研究技术指导原则(试行)

本指导原则所涵盖的细胞治疗产品是指来源、操作和临床试验过程符合伦理要求,按照药品管理相关法规进行研发和注册申报,用于治疗疾病的人体来源活细胞产品。

2024-11-21 22:11

又一款针对晚期肺癌的创新药获批上市资讯

又一款针对晚期肺癌的创新药获批上市

日前,根据国家药监局官网信息显示,晨泰医药申报的1类创新药盐酸佐利替尼片(商品名:泽瑞尼)获批上市,用于具有表皮生长因子受体(EGFR)19号外显子缺失或外显子21(L858R)...

2024-11-21 16:04

万泰生物九价HPV疫苗男性临床试验申请获批资讯

万泰生物九价HPV疫苗男性临床试验申请获批

近日,万泰生物发布公告称,公司全资子公司厦门万泰沧海生物技术有限公司(下简称:万泰沧海生物)收到国家药品监督管理局下发的《药物临床试验通知书》(通知书编号:2024LP025...

2024-11-21 13:31

百济神州,达成了一项和解资讯

百济神州,达成了一项和解

近日,百济神州美股发布临时公告宣布,其两家子公司BeiGene USA,Inc 和BeiGene Switzerland GmbH(与百济神州有限公司合称“百济神州”)与MSN Pharmaceuticals,Inc 和MSN...

2024-11-21 08:54

山西公布2023 年国谈药品(竞价药品)同通用名药品(第二批)医保支付标准资讯

山西公布2023 年国谈药品(竞价药品)同通用名药品(第二批)医保支付标准

国谈药品(竞价药品)同通用名药品(第二批)医保支付标准。

2024-11-20 20:40

TPP亚太区总裁叶惠琦:以AI赋能医疗,推动“一人一生一份电子病历”理念中国落地资讯

TPP亚太区总裁叶惠琦:以AI赋能医疗,推动“一人一生一份电子病历”理念中国落地

作为英国NHS(英国国家医疗卫生体系)首选的医疗解决方案与服务供应商,TPP凭借其前沿的理念和创新的技术,正加速在中国市场深耕,推动中国医疗服务的信息化、智慧化进程。

文/张蓉蓉 2024-11-20 15:51

将获超4000万美元现金付款,博奥信2款自免资产授权出海资讯

将获超4000万美元现金付款,博奥信2款自免资产授权出海

日前,博奥信生物宣布与Aclaris Therapeutics就BSI-045B和BSI-502达成全球(除大中华区外)独家授权协议。根据协议条款,博奥信将获得超过4000万美元的现金付款,作为首付款以...

2024-11-20 14:19

中国心梗救治日|欧翎先锋赋能基层药师,共筑基层血脂科学管理资讯

中国心梗救治日|欧翎先锋赋能基层药师,共筑基层血脂科学管理

目前,我国血脂异常患病率较高,但知晓率、治疗率与达标率均处于较低水平,居民血脂管理亟待加强。

2024-11-20 13:12

因美纳宣布扩展TruSight Oncology产品线资讯

因美纳宣布扩展TruSight Oncology产品线

最新解决方案将亮相于分子病理学协会年度会议,以实现对肿瘤的全景变异分析。由因美纳客户主导的研究和分享将提供最新的肿瘤分析证据和相关内容。

2024-11-20 10:01

一家中国Biotech企业反向收购了美股上市公司资讯

一家中国Biotech企业反向收购了美股上市公司

在当今的生物科技领域,Biotech公司正积极探索新的生存与发展之道,或选择“卖身”大药企怀抱,或寻求“联姻”以壮大自身。而在这股潮流中,睿跃生物(Cullgen)却独辟蹊径,通...

2024-11-20 09:21

共创共享眼科智慧!首届泛大湾区眼科学术会议(PGBO·2024)圆满落幕资讯

共创共享眼科智慧!首届泛大湾区眼科学术会议(PGBO·2024)圆满落幕

11 月 15 日至 17 日,由爱尔眼科医院集团、广东省医疗行业协会主办,东莞市医学会眼科分会、暨南大学附属东莞爱尔眼科医院承办的“首届泛大湾区眼科学术会议(PGBO·2024...

2024-11-20 09:16

让急救更便捷,晖致在研新药亮相长城会,期待助力心梗救治资讯

让急救更便捷,晖致在研新药亮相长城会,期待助力心梗救治

11月7—10日,第35届长城心脏病学大会(GW-ICC 2024)暨亚洲心脏大会(ASH 2024)在北京召开。作为全球领先的医疗健康公司企业之一,晖致携在研新款高选择性的P2Y12受体拮抗剂...

2024-11-19 16:51

康弘药业荣获2024中医药传承与创新最佳实践案例奖资讯

康弘药业荣获2024中医药传承与创新最佳实践案例奖

经过激烈角逐,凭借在中医药传承与创新实践方面的卓越表现,康弘药业下属子公司——济生堂药业,从众多参选企业中脱颖而出,成功登榜“2023中国中药企业传承与创新最佳实践案例50”。

2024-11-19 13:19

上海公布2024年9月挂网公开议价超“黄线”、未通过公允性评估、重点监控药品幅度靠前且有一定采购金额的品种资讯

上海公布2024年9月挂网公开议价超“黄线”、未通过公允性评估、重点监控药品幅度靠前且有一定采购金额的品种

近日,上海市医药集中招标采购事务管理所公布了2024年9月挂网公开议价超“黄线”、未通过公允性评估、重点监控药品幅度靠前且有一定采购金额的品种。

2024-11-18 22:09

华东医药创新研发加速,两款GLP-1药物获批脂肪肝相关适应症临床试验资讯

华东医药创新研发加速,两款GLP-1药物获批脂肪肝相关适应症临床试验

由全资子公司中美华东申报的HDM1005注射液(靶向GLP-1 GIP长效激动剂)临床试验申请已获得FDA批准,可在美国开展I期临床试验,适应症为代谢相关脂肪性肝炎(MASH)。

2024-11-18 20:02

美的楼宇科技携制药行业暖通解决方案亮相2024药机展,赋能制药行业绿色智慧升级资讯

美的楼宇科技携制药行业暖通解决方案亮相2024药机展,赋能制药行业绿色智慧升级

11月17日,第65届(2024秋季)中国国际制药机械博览会(以下简称“药机展”)于厦门国际博览中心盛大举办。作为楼宇智慧生态集成解决方案引领者,美的楼宇科技以“以智提质,构...

2024-11-18 15:12

最高6.26亿美元,康诺亚再“出海”一款双抗资讯

最高6.26亿美元,康诺亚再“出海”一款双抗

日前,康诺亚发布公告宣布其子公司成都康诺亚与Platina Medicines Ltd(PML)已订立独家许可协议,授予PML在全球(不包括中国内地、香港、澳门及台湾)研究、开发、生产、注册...

2024-11-18 11:06

万米高空出生的早产儿,如何百日闯关?资讯

万米高空出生的早产儿,如何百日闯关?

凯西提供覆盖从新生儿到老年人的呼吸疾病治疗解决方案,至今已服务了数百万名中国早产儿。

2024-11-18 10:22

华东医药旗下Sinclair多款核心医美产品国内临床取得新进展资讯

华东医药旗下Sinclair多款核心医美产品国内临床取得新进展

其中, MaiLi Precise完成中国临床试验全部受试者主要终点随访;Ellansé®伊妍仕® S型新增适应症和Lanluma® V型均完成中国临床试验全部受试者入组;全新专利成分的真皮注...

2024-11-17 19:20