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什么是智能假肢

时间:2021-10-06 / 作者:胖头鱼 / 分类:运动康复,预发布 / 浏览次数:60次 / 0个评论 发表评论

假肢的核心功能有两个:一是对肢体进行修饰,二是辅助运动、实现功能。基于材料和工艺等方面的技术进步,对残缺的身体进行修饰并不困难,但如果想要利用假肢获得充足的肢体功能,显然不是一件简单的事情。

智能假肢

什么是智能假肢


大约从安卓和IOS系统在移动设备上的广泛应用开始,各种智能设备便出现了爆炸式的增长,这其中也包括智能假肢。
之所以称之为智能,至少要有强大的运算能力、存储能力、通信能力作为软硬件基础,再加上丰富的传感器、精准高效的自动控制、必要的人机接口,方可称之为智能。智能假肢也是如此。
所谓智能假肢,是一种具备肢体形态、拥有能量储备和机动能力、内置运算器存储器和控制器、具有运动姿态感知能力、能够根据外界环境和运动意图实现姿态和动作调整的假肢。

智能假肢的基本构成

智能假肢的构成和功能


1、丰富的传感器装置。传感器的功能在于感知变化,只有感受到了环境和姿态的变化,才能够对假肢进行合理的调整,以满足功能需要。假肢的传感器就好比分布于肢体的本体感受器,能够对自身的高度、前后位置、角度、运动趋势进行感知(并由软件系统据此进行预期),为下一步的运动辅助功能提供依据。以下肢智能假肢为例,当陀螺仪传感器感受到小腿被抬起并处于前倾姿态时,内置的算法预知当前处于行走过程的摆动相后期,方可作出合理的假肢动作响应。
2、自动控制装置。自动控制是智能假肢的核心功能所在。自动控制以感知功能和预置的软件算法为基础,主要通过不同关节的姿态调整和阻尼调整来实现自动控制。仍以小腿假肢为例,当传感器探测到假肢处于摆动相后期时,就会自动调整使踝关节进行适当背屈、使膝关节进行小幅屈曲并锁定,以应对落地时产生的冲击力并保持身体平衡。

智能假肢的功能优势

3、能量储备和机动功能。传感器的感知功能需要电能,关节姿态和阻尼的调整都需要有电动马达和电能的支持。因此,可充电电池和电动马达是必要的硬件条件。
4、运动模式的识别及辅助。人体运动功能极其复杂、精密。以下肢功能为例,行走、跑步、上下楼梯、在斜坡上行走、跨过障碍时的各关节姿态及发力状态都是不一样的。智能假肢需要通过传感器数据实时感知人体处于哪种运动模式,然后才能对各关节进行恰当的调整,方可实现运动辅助功能(而不是弄巧成拙)。
5、人工干预和控制。目前来看,再精准的传感器、再优秀的算法,都不能替代人体原有的神经肌肉系统,因此,必要的干预和人工控制是必须的,以便于在需要的时候进行手动操作。
6、人机接口。比较先进的智能假肢还可以通过周围神经信号甚至中枢神经信号感知人体运动意图,从神经层面与人体建立交互接口,而不仅仅只是依靠传感器的预测。这项技术虽然神奇,但目前的功能还比较有限,在应用方面也不够成熟,尚须不断探索。

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