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健康机器人技术研发技术与事例《资讯》

发布时间:2020-08-17 14:09:42 阅读: 来源:耳坠厂家

2016-10-22 16:02:16来源: 贤集网

近年来大脑认知机能检验技术越来越受到重视。如何检验在日常生活中老年人的认知机能,是一个很关键的问题。在高级大脑功能(Higher Brain Function包括大脑的注意、计划功能、记忆功能和任务执行功能等功能)的检验与评价方面,机器人技术中的虚拟现实技术大有用武之地。

通过与健康学科专家的密切合作,我们成功地开发了用于统一检验与评价高级大脑功能的“虚拟商店街测试平台”。利用该平台,患者可以在虚拟商店街里自由来往或进入特定商店购买指定商品。患者的所有行走、购买行为及所需时间都会被自动记录用来定量评价。通过临床试验以及与现有临床神经生理学和临床心理学检测结果进行相关分析,本测试平台可以进一步综合评价在日常生活环境中的高级大脑功能。

有关身体运动功能检验技术方面,与影像等静态医学信息相比,近年来随着人体动力学模型的建立,我们可以对身体运动功能及其疾患进行有效的动力学解析、评价和诊断。例如,为了检查和评价老年人运动平衡功能,防止跌倒和骨折,日本厚生劳动省在临床中积极推行“两步行走检验法”(Two Step Test)。该试验法让被检验对象从两脚并立状态开始,尽可能以最大的跨度步行两步,然后再恢复到初始的并立姿势。通过测量这两步的步长并除以其身高,我们可得到一个数值,称为“二步值”。该方法与其他身体运动平衡功能检验方法的相关统计分析表明,二步值可以有效地评价被检验对象的运动平衡功能。

为了阐明本检验法的生体力学原理,我们运用机器人运动学和动力学技术,对不同对象的两步步行运动进行了全身运动测量和动力学解析。结果发现,对于二步值较小的那些容易跌倒的对象,其腿部各关节肌肉的同步驱动调节能力明显下降,使得其腿部各关节的机械阻抗调节范围受到限制。这些对象或者从一开始腿部各关节就非常强硬,使得其不能跨出大步,或者在脚离地或着地时膝关节的机械阻抗非常微弱使得身体重心无法在重力方向调节高低,从而影响其二步值。

在治疗和手术机器人技术方面,除了手术机器人以外,各种治疗机器人也将相继问世。例如,图4是由日本MINATO医科学株式会社开发的一种治疗颈椎病的新型颈椎牵引机器人。通过三维动力学仿真,我们可以精确计算在不同牵引力度和角度时患者颈椎各部位的变形,从而帮助临床整形医生给出合理的整形治疗处方。

在康复和健康训练机器人技术方面,为了能使患者由被动变主动,更有效地激发大脑神经系统的活动,提高自我训练意识和愿望,同时顾及患者的触觉跟踪特性,我们开发了用于双手协调运动功能康复的机器人系统。根据患者患肢机能的不同,各机器臂既可以驱动引导患肢来协调另一上肢共同执行游戏动作(如抓起屏幕显示中的红色立方块物体),又可以作为力觉传感装置使得患者能够感觉到机器臂接触到虚拟方块物体时的力觉。

另一方面,在下肢运动康复中,人们利用较多的是跑步机。通常跑步机可以使人被动地跟随传送带的速度进行跑步训练。这样的跑步机虽然可以满足健康群体的日常健身需求,但对患者来说会十分危险。通过对不同跑步速度时下肢着地和蹬地时的地面反作用力进行分析,我们可以预测其预期跑步速度。根据这一原理,我们研发了能够自适应步行者跑步速度要求进行实时速度调节的跑步训练系统。

在生活护理机器人技术方面,为了使被护理者自我主动地进行饮食,我们开发了利用诱发性脑电波,识别被护理者饮食意欲的自主饮食服务机器人技术。该研究使用一定频率范围以内的外界光源(5个红点)来刺激被护理者,诱发大脑视觉区产生相同频率的脑电波。利用简易的穿载式无线脑电波测量传感器识别脑电波的相同频率,我们可以获取对象所注目的光源位置和摄取某个食物的意愿,进而控制机械臂抓取相应食物来提供给饮食者。

最后,有关健康预测方面,很早以来,人们就建立了对外界环境观察的天气预报系统,在我们日常生活中发挥了必不可少的作用。但与此同时,我们却忽视了对自身内在健康状态的客观观察,以致时至今日没有形成完整的健康预报系统。本研究室的一名学生正在研发一项名为COCOLOLO的免费APP,在日本非常受欢迎,目前下载次数已超过100万次。该APP通过手机的照相机功能,将手指放在摄像头后30秒,APP就会测出心跳变化并分析出其疲劳状态。根据测试结果,该APP可以对你的饮食、娱乐和旅游等活动提出相应的建议,由此也更好地推动旅游、饮食等行业的健康发展。

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