人工器官之人工智能假肢.ppt

,人工器官之,人工智能假肢,我们的生活中常常会遇到那些因为肢体残疾或者年迈而严重影响平时生活例子,目前，全球有6.5亿残疾人，约占总人口的10%； 根据中国第二次全国残疾人抽样调查数据，中国有8300万残疾人，约占总人口的6.34%，其中，肢体残疾人有2412万，约占残疾人总数的29%。,视力残疾,听力残疾,多重残疾,言语残疾,肢体残疾,智力残疾,精神残疾,特殊的残疾群体 残疾军人,两位残疾老兵，在战场上为国家流血，生活中的苦痛也许只有他们自己知道,届时中国年龄超过60岁的人口将达到4.4亿。同时，50%的人在年龄超过80岁后，行动都会受到限制，这意味着运动的依赖性将大大增加。,目前,2050年,我们需要关注数量庞大的残疾人群体 和因为年迈而无法享受到运动快乐的老年人,人工智能假肢 他们的希望,智能假肢是20世纪后十年发展起来的具有高性能的新一代假肢。与普通假肢相比，其主要功能特点是能根据外界条件变化和工作要求， 自动调整假肢系统的参数，使其工作可 靠，运动自如，具有更好的仿生性。,智能假肢概述,人类一直以来都有一个梦想 即 使人的躯体变强！,回到智能假肢,智能假肢的组成，除了假肢本体以外。还应有以下组成部 分： (1)敏感元件：即各种传感器。它们的作用是将外界条件变 化转换成可提取的信号，一般为模拟电信号。 (2) 信息处理单元: 通常是微型计算机，其作用是读取敏感元件 发出的信号 进行识别和决策，并发出控制指令给可控制元件。 (3)可控制元件：一般安装在假肢本体内部，用于调整价值运动的参数， 力参数，结构参数等。使假肢按要求工作。,以智能膝关节为例,膝关节是膝上假肢系统的核心部件，是保证截肢者能站立和行走的关键所在。 随着对假肢性能要求的不断提高，下肢假肢不仅要满足能够站立和行走者两个基本功能，还要求步态自然，与健侧对称性好：能适应步行状态的变化，例如步行速度变化，路况(坡道，楼梯)的变化等；此外还要在使用者可能被障碍物绊倒的紧急情况下的保证安全等。 这些功能是普通假肢无法实现的。解决这些问题的途径是就使膝关节“智能化”。,膝关节的力矩在一个步态周期内是变化的，摆动期的初期需要助伸力矩，摆动期的后期则需要大的阻尼力矩。 不仅如此，膝关节力矩还与步行的速度，路面状态有关。例如，步行速度快时，助伸力矩要大，以便小腿能跟上步行速度。否则小腿摆不出去，就不能快速行走。 为了减少冲击力，快速行走时，阻尼力矩也应相应加大。正常人在不同步行速度和路面上行走时膝关节角度变化曲线见图l，相应的力矩变化曲线见图2。,力矩可控装置 力矩可控装置的类型有变机械摩擦式，液压式，气动式，磁粉离合器式，电流变液阻尼式等。 变摩擦式阻尼与摩擦离合器原理相似， 它通过一定的机械装置改变离合器两边相接触面的正压力，来控制摩擦力矩的大小。磁粉离合器可通过改变加在磁场上的电压来改变传递的力矩。电流变液是一种新型智能材料，这种流体的黏度可随施加在其上的电压而变化，而且响应速度很快，可控性好。因此可作为力矩可控的材料。 液压或气压式阻尼器是通过改变进气(油)或排气(油)门的开度来控制输出力矩的。因此除了气缸，油缸外，还要有驱动系统。目前已有的智能假肢多采 用这种装置。,力矩控制方法 早期的电控假肢是人工智能假肢的前身，其控制系统是由分立元件和逻辑门电路组成的简单开关逻辑控制。实现的功能是对关节的锁紧和解锁。 开关控制信号源一般取自足底压力信号或膝关节转角信号、踝关节转角信号等。随着微处理器性能提高，特别是单片机的出现，为假肢控制提供了更为灵活有效的手段， 电控假肢也由开关控制时代进入微机控制时代。,世界上首例应用“人工智能”科学的仿生智能假肢,2006年5月在德国莱比锡国际展览会上的亮相的新版C-Leg智能仿生腿采用了人工智能科学的原理，应用整合计算机科学，仿生学，力学，机械学等一系列相关学科的内容，不仅可以实现普通假肢代偿下肢站立行走的功能，保证行走的稳定性、安全性和动态性能，而且，由于“人工智能”科学原理的应用，它突破了机械产品的局限性，具有“思考”和反馈的功能，可以更好地配合人体的功能需求，就象截肢者原有的肢体从新生长出来一样。,卓越的功能使C-Leg 智能仿生腿诞生至今已经获得了诸多重要的国际奖项，如“奥地利国家创新奖”（Austrian State Award），“德国设计俱乐部”(Deutscher Designer Club)银奖，以及2006年在日本获得的“卓越设计奖”(Good Design Award)等，这些奖项表明，C-Leg智能仿生腿是高科技、革新功能和完美设计的结合。,整个这套体系的功能不管快行还是慢走、不论是活动还是静止都在进行。C-Leg智能仿生腿监测行走的每一步，会综合考虑所有测量数据的方方面面以适应任何一种情况，然后连续不断地回应使用者的需求。这就意味着不论是走楼梯、上下斜坡，还是应对不同的路况，使用者不用再集中精力控制假肢，而能节省体力和精力做自己想做的事。,人工智能假肢创造奇迹，更接近真正的肢体,伊拉克和阿富汗战争推动了假肢技术的发展，使得曾经只在科幻小说中出现的情节得以实现。随着计算机、微处理器、小型液压推动系统的发展，结合新型材料的发明，如碳纤维。使得新型智能假肢在功能更强大、更全面的同时，也更结实轻便。,奥巴马先生： 我要退役，我要回国，我怕失去我的手臂和腿脚 驻伊士兵,士兵先生： 不用担心！我们已经造出来先进的人工智能假肢了，比你原装的好用多了 奥巴马,人的手是一个奇迹，它的功能和灵巧几乎是不可能复制的，但全球的生物技术公司正在开发新一代手指可以灵活动作的假手，使假手可以做更精细灵巧的工作。 例如一种轻型人工智能假手Fluidhand。它的每个关节都由微型液压推动系统提供动力，通过在截肢者肢体残端肌肉中植入传感器，控制每个手指的移动和控制。独立的推动系统使得手指表现得更加自然，并使其比一般假肢更具灵活性。通过位于手指和手掌的传感器，截肢残端神经肌肉可以感觉到物体，并根据实际情况来控制握力大小。,新假肢的功能远远超过了早期版本。 它使用的技术称为脑 - 机接口，来自大脑的信号通过传感器传输到假肢。 另一项技术突破来自芝加哥康复研究所，神经外科手术移植技术。它能够将一名截肢病人控制手臂和手的神经从肩部移植到上胸部。这些改道的神经通过胸部完好的肌肉，发送信号给传感器，以更好地控制和使用的人工智能假手。 没有任何器械和能够像我们的手一样灵活，但这些新兴技术能够最大限度的改变肢残人士的生活。并给那些在战争中失去四肢的士兵更多的希望。,第一个能带来触感的假肢,来自瑞典和意大利的科学院联合发明了一种新型的人工智能假肢，一种与神经相连接通过感受到触感的假肢。据说这也是世界上第一种能够给予佩带着触感的假肢。 这种假肢名叫Smarthand ，它里面安装有40个与神经相连接的传感器，当Smarthand 被挤压or触碰之后，传感器就会将这些信息通过神经传递给大脑。这个科学团队认为他们研发的这种传感器反馈技术目前是假肢or机械臂领域上的一重大进步。 而试用者(如图)也认为，他自己已经有很长时间没有体验到这样的感觉了。他能够很好的控制自己的力量，不会用力过度捏碎一些小东西。,刀锋奔跑者 20岁的Oscar Pistorius，取得了比其他残疾运动员 更突出的成绩，他保持着残奥会100、200和400米的记录，奔跑的速度比2004年奥运会上的女子成绩还要好。,人工智能肢体之综上所述,人工智能假肢是现代高科技技术与假肢技术相结合的产物。它的发展可为患者提供性能优良，安全可靠，更具有仿生性的假肢产品。 由于我国还是一个发展中国家，各方面能力有限，研究和开发适合我国国情的智能假肢还是一个艰巨的任务，还需要各方面共同努力，以为我国广大患者造福。,药信10之 冯申杰& 喻小云,制造商,谢谢观赏,