人工器官之人工智能假肢

1、樂子吳吞制作人工器官之人工智能假肢我們的生生活中常常常會遇遇到那些些因?yàn)橹w殘疾疾或者年年邁而嚴(yán)嚴(yán)重影響響平時生生活例子子目前，全全球有6.5億億殘疾人人，約占占總?cè)丝诳诘?0%；根據(jù)中國國第二次次全國殘殘疾人抽抽樣調(diào)查查數(shù)據(jù)，中國有有8300萬殘殘疾人，約占總總?cè)丝诘牡?.34%，其中，肢體殘殘疾人有有2412萬，約占?xì)垰埣踩丝偪倲?shù)的29%。視力殘疾疾聽力殘疾疾多重殘疾疾言語殘疾疾肢體殘疾疾智力殘疾疾精神殘疾疾特殊的殘殘疾群體體殘疾疾軍人兩位殘疾疾老兵，在戰(zhàn)場場上為國國家流血血，生活活中的苦苦痛也許許只有他他們自己己知道屆時中國國年齡超超過60歲的人人口將達(dá)達(dá)到4.4億。同時，50%的人在

2、在年齡超超過80歲后，行動都都會受到到限制，這意味味著運(yùn)動動的依賴賴性將大大大增加加。目前2050年我們需要要關(guān)注數(shù)數(shù)量龐大大的殘疾疾人群體體和因因?yàn)槟赀~邁而無法法享受到到運(yùn)動快快樂的老老年人人工智能能假肢他們們的希望望智能假肢肢是20世紀(jì)后后十年發(fā)發(fā)展起來來的具有有高性能能的新一一代假肢肢。與普普通假肢肢相比，其主要要功能特特點(diǎn)是能能根據(jù)外外界條件件變化和和工作要要求，自自動調(diào)調(diào)整假肢肢系統(tǒng)的的參數(shù)，使其工工作可靠，運(yùn)動動自如，具有更更好的仿仿生性。智能假肢肢概述人類一直直以來都都有一個個夢想即 使人人的軀體體變強(qiáng)！途徑有三身體變超人外骨骼機(jī)器人人體裝上機(jī)械肢體回到智能能假肢智能假肢肢的組成

3、成，除了了假肢本本體以外外。還應(yīng)應(yīng)有以下下組成部部分：(1)敏敏感元件件：即各各種傳感感器。它它們的作作用是將將外界條條件變化轉(zhuǎn)換成成可提取取的信號號，一般般為模擬擬電信號號。(2)信信息處處理單元元:通通常是是微型計(jì)計(jì)算機(jī)，其作用用是讀取取敏感元元件發(fā)出的信信號進(jìn)進(jìn)行行識別和和決策，并發(fā)出出控制指指令給可可控制元元件。 (3)可可控制元元件：一般安裝裝在假肢肢本體內(nèi)內(nèi)部，用用于調(diào)整整價值運(yùn)運(yùn)動的參參數(shù)，力參數(shù)，結(jié)構(gòu)參參數(shù)等。使假肢肢按要求求工作。以智能膝膝關(guān)節(jié)為為例膝關(guān)節(jié)是是膝上假假肢系統(tǒng)統(tǒng)的核心心部件，是保證證截肢者者能站立立和行走走的關(guān)鍵鍵所在。隨著對假假肢性能能要求的的不斷提提高，下下

4、肢假肢肢不僅要要滿足能能夠站立立和行走走者兩個個基本功功能，還還要求步步態(tài)自然然，與健健側(cè)對稱稱性好：能適應(yīng)應(yīng)步行狀狀態(tài)的變變化，例例如步行行速度變變化，路路況(坡坡道，樓樓梯)的的變化等等；此外外還要在在使用者者可能被被障礙物物絆倒的的緊急情情況下的的保證安安全等。這些功能能是普通通假肢無無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的。解解決這些些問題的的途徑是是就使膝膝關(guān)節(jié)“智能化化”。膝關(guān)節(jié)的的力矩在在一個步步態(tài)周期期內(nèi)是變變化的，擺動期期的初期期需要助助伸力矩矩，擺動動期的后后期則需需要大的的阻尼力力矩。不僅如此此，膝關(guān)關(guān)節(jié)力矩矩還與步步行的速速度，路路面狀態(tài)態(tài)有關(guān)。例如，步行速速度快時時，助伸伸力矩要要大，以以便小腿

5、腿能跟上上步行速速度。否否則小腿腿擺不出出去，就就不能快快速行走走。為了減少少沖擊力力，快速速行走時時，阻尼尼力矩也也應(yīng)相應(yīng)應(yīng)加大。正常人人在不同同步行速速度和路路面上行行走時膝膝關(guān)節(jié)角角度變化化曲線見見圖l，相應(yīng)的的力矩變變化曲線線見圖2。力矩可控控裝置力矩可控控裝置的的類型有有變機(jī)械械摩擦式式，液壓壓式，氣氣動式，磁粉離離合器式式，電流流變液阻阻尼式等等。變摩擦式式阻尼與與摩擦離離合器原原理相似似，它它通過一一定的機(jī)機(jī)械裝置置改變離離合器兩兩邊相接接觸面的的正壓力力，來控控制摩擦擦力矩的的大小。磁粉離離合器可可通過改改變加在在磁場上上的電壓壓來改變變傳遞的的力矩。電流變變液是一一種新型型智

6、能材材料，這這種流體體的黏度度可隨施施加在其其上的電電壓而變變化，而而且響應(yīng)應(yīng)速度很很快，可可控性好好。因此此可作為為力矩可可控的材材料。液壓或氣氣壓式阻阻尼器是是通過改改變進(jìn)氣氣(油)或排氣(油)門的開度度來控制制輸出力力矩的。因此除除了氣缸缸，油缸缸外，還還要有驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)。目前前已有的的智能假假肢多采采用這種裝裝置。力矩控制制方法早期的電電控假肢肢是人工工智能假假肢的前前身，其其控制系系統(tǒng)是由由分立元元件和邏邏輯門電電路組成成的簡單單開關(guān)邏邏輯控制制。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的功能能是對關(guān)關(guān)節(jié)的鎖鎖緊和解解鎖。開關(guān)控制制信號源源一般取取自足底底壓力信信號或膝膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角信號號、踝關(guān)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角角信號等等。隨著

7、著微處理理器性能能提高，特別是是單片機(jī)機(jī)的出現(xiàn)現(xiàn)，為假假肢控制制提供了了更為靈靈活有效效的手段段，電電控假肢肢也由開開關(guān)控制制時代進(jìn)進(jìn)入微機(jī)機(jī)控制時時代。世界上首首例應(yīng)用用“人工工智能”科學(xué)的的仿生智智能假肢肢2006年5月月在德國國萊比錫錫國際展展覽會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學(xué)的的原理，應(yīng)用整整合計(jì)算算機(jī)科學(xué)學(xué)，仿生生學(xué)，力力學(xué)，機(jī)機(jī)械學(xué)等等一系列列相關(guān)學(xué)學(xué)科的內(nèi)內(nèi)容，不不僅可以以實(shí)現(xiàn)普普通假肢肢代償下下肢站立立行走的的功能，保證行行走的穩(wěn)穩(wěn)定性、安全性性和動態(tài)態(tài)性能，而且，由于“人工智智能”科科學(xué)原理理的應(yīng)用用，它突突破了機(jī)機(jī)械產(chǎn)品品的局限限性，具具

8、有“思思考”和和反饋的的功能，可以更更好地配配合人體體的功能能需求，就象截截肢者原原有的肢肢體從新新生長出出來一樣樣。卓越的功功能使C-Leg智智能仿仿生腿誕誕生至今今已經(jīng)獲獲得了諸諸多重要要的國際際獎項(xiàng)，如“奧奧地利國國家創(chuàng)新新獎”（AustrianStateAward），“德德國設(shè)計(jì)計(jì)俱樂部部”(DeutscherDesignerClub)銀銀獎，以以及2006年年在日本本獲得的的“卓越越設(shè)計(jì)獎獎”(Good DesignAward)等等，這些些獎項(xiàng)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設(shè)計(jì)計(jì)的結(jié)合合。整個這套套體系的的功能不不管快行行還是慢慢走、不不論是活活動還是

9、是靜止都都在進(jìn)行行。C-Leg智能能仿生腿腿監(jiān)測行行走的每每一步，會綜合合考慮所所有測量量數(shù)據(jù)的的方方面面面以適適應(yīng)任何何一種情情況，然然后連續(xù)續(xù)不斷地地回應(yīng)使使用者的的需求。這就意意味著不不論是走走樓梯、上下斜斜坡，還還是應(yīng)對對不同的的路況，使用者者不用再再集中精精力控制制假肢，而能節(jié)節(jié)省體力力和精力力做自己己想做的的事。人工智能能假肢創(chuàng)創(chuàng)造奇跡跡，更接接近真正正的肢體體伊拉克和和阿富汗汗戰(zhàn)爭推推動了假假肢技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，使得得曾經(jīng)只只在科幻幻小說中中出現(xiàn)的的情節(jié)得得以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。隨著著計(jì)算機(jī)機(jī)、微處處理器、小型液液壓推動動系統(tǒng)的的發(fā)展，結(jié)合新新型材料料的發(fā)明明，如碳碳纖維。使得新新型智能能假肢

10、在在功能更更強(qiáng)大、更全面面的同時時，也更更結(jié)實(shí)輕輕便。奧巴馬先先生：我要退役役，我要要回國，我怕失失去我的的手臂和和腿腳駐伊士兵兵士兵先生生：不用擔(dān)心心！我們們已經(jīng)造造出來先先進(jìn)的人人工智能能假肢了了，比你你原裝的的好用多多了奧巴馬人的手是是一個奇奇跡，它它的功能能和靈巧巧幾乎是是不可能能復(fù)制的的，但全全球的生生物技術(shù)術(shù)公司正正在開發(fā)發(fā)新一代代手指可可以靈活活動作的的假手，使假手手可以做做更精細(xì)細(xì)靈巧的的工作。例如一種種輕型人人工智能能假手Fluidhand。它的每每個關(guān)節(jié)節(jié)都由微微型液壓壓推動系系統(tǒng)提供供動力，通過在在截肢者者肢體殘殘端肌肉肉中植入入傳感器器，控制制每個手手指的移移動和控控制

11、。獨(dú)獨(dú)立的推推動系統(tǒng)統(tǒng)使得手手指表現(xiàn)現(xiàn)得更加加自然，并使其其比一般般假肢更更具靈活活性。通通過位于于手指和和手掌的的傳感器器，截肢肢殘端神神經(jīng)肌肉肉可以感感覺到物物體，并并根據(jù)實(shí)實(shí)際情況況來控制制握力大大小。新假肢的的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過了早期期版本。 它使使用的技技術(shù)稱為為腦-機(jī)接口，來自大大腦的信信號通過過傳感器器傳輸?shù)降郊僦Ａ硪豁?xiàng)技技術(shù)突破破來自芝芝加哥康康復(fù)研究究所，神神經(jīng)外科科手術(shù)移移植技術(shù)術(shù)。它能能夠?qū)⒁灰幻刂∪丝乜刂剖直郾酆褪值牡纳窠?jīng)從從肩部移移植到上上胸部。這些改改道的神神經(jīng)通過過胸部完完好的肌肌肉，發(fā)發(fā)送信號號給傳感感器，以以更好地地控制和和使用的的人工智智能假手手。沒有

12、任何何器械和和能夠像像我們的的手一樣樣靈活，但這些些新興技技術(shù)能夠夠最大限限度的改改變肢殘殘人士的的生活。并給那那些在戰(zhàn)戰(zhàn)爭中失失去四肢肢的士兵兵更多的的希望。第一個能能帶來觸觸感的假假肢來自瑞典典和意大大利的科科學(xué)院聯(lián)聯(lián)合發(fā)明明了一種種新型的的人工智智能假肢肢，一種種與神經(jīng)經(jīng)相連接接通過感感受到觸觸感的假假肢。據(jù)據(jù)說這也也是世界界上第一一種能夠夠給予佩佩帶著觸觸感的假假肢。這種假肢肢名叫Smarthand，它里里面安裝裝有40個與神神經(jīng)相連連接的傳傳感器，當(dāng)Smarthand被被擠壓or觸碰碰之后，傳感器器就會將將這些信信息通過過神經(jīng)傳傳遞給大大腦。這這個科學(xué)學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)認(rèn)為他們們研發(fā)的的這種傳傳感器反反饋技術(shù)術(shù)目前是是假肢or機(jī)械械臂領(lǐng)域域上的一一重大進(jìn)進(jìn)步。而試用者者(如圖圖)也認(rèn)認(rèn)為，他他自己已已經(jīng)有很很長時間間沒有體體驗(yàn)到這這樣的感感覺了。他能夠夠很好的的控制自自己的力力量，不不會用力力過度捏捏碎一些些小東西西。刀鋒奔跑跑者20歲的的OscarPistorius，取得得了比其其他殘疾疾運(yùn)動員員更突出的的成績，他保持持著殘奧奧會100、200和和400米的記記錄，奔奔跑的速速度比2004年奧運(yùn)運(yùn)會上的的女子成成績還要要好