中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2018

专注于为医疗器械研发与生产服务

2019年 9月25日-27日 | 上海世博展览馆

神奇软体机器人:哈佛可穿戴式软体康复机器人问世

2018-11-06

本月初美国国家科学基金会放出了一段视频,视频内容是关于哈佛Connor Walsh教授所研发的可穿戴康复软体机器人,目的是为了帮助残疾人和行动不便的人康复或是作为辅助设备长期穿戴。

在没给大家正式介绍前,先给大家看看这个可穿戴软体机器人的前身。就是下面这个气动的软体手部康复装置。

各位老铁看官有没有觉得像是一条虫子趴在手上,怕虫子的看官快速往下翻。

这款康复手套使用的是一种人造气动肌肉,其本身就是一种橡胶材料。肌肉内部有不同形状的空腔,通过气泵对肌肉充气就能使其形变。它的原理其实就是想通过气动控制材料变形来模仿人手的活动,比如说下面这张动图就是演示它的单根手指的情况。

你看这灵活的手指

气动肌肉可模拟出食指的轨迹

有弹性,还能伸长

气动肌肉也可模拟出大拇指运动轨迹

软体机器人(Soft Robotics)可以说是现代机器人产业中的“奇葩”,和目前机器人最常用的刚性结构不同的是:软体机器人具有多自由度且结构简单可以做到更加灵活更有利于模仿人手等一些动作。因此,软体机器人能够在保证灵活性和柔韧性的同时,在三维空间中自由活动。

今天的主角是这款哈佛大学的可穿戴式软体康复机器人。说到把软体机器人和康复辅助器具联系起来的始作俑者,就不得不提到哈佛大学Wyss实验室的Connor Walsh教授。

Connor Walsh研究生毕业于都柏林大学三一学院机械工程专业。在学生时代,他听说了美国研发的机械外骨骼如何帮助人搬运重物,此后便开始着迷于机器人技术。随后,他申请攻读MIT博士学位,在世界著名的生物力学专家 Hugh Herr教授那里做研究。当 Walsh 搬到哈佛,设立了生物设计研究所之后,他决定另辟蹊径——开发“柔性机器人”。

(Wyss实验室的Connor Walsh教授)

经过几年的发展,他的研究团队被NSF(美国国家科学基金会,NationalScience Foundation,United States)赞助,目前他们正在努力打造一款可穿戴的软体机器人,用来帮助那些残疾人,或是做完手术身体机构需要恢复的人去康复等等,目前该装置只包括上肢。

下面是详细的报道。

过去五年,软机器人技术正在爆炸。“世界第一个全软体机器人 Octobot 的诞生,意味着一个新时代已经来临,软体机器人即将全面超越传统钢铁铸成的机器人。”意大利理工学院的 Barbara Mazzolai 和 Virgilio Mattoli 联合在《自然》杂志上撰文表示。

与普通的软体机器人不同,哈佛这款可穿戴式的软体机器人是作为一款辅助设备进行使用的,Connor Walsh教授表示希望使用者能够把他当成一件衣服一样可以整天穿在身上。

这种可穿戴设备是非常轻量级的,人们可以整天穿着它。人们可以穿着它短期恢复受伤,病情比较严重的人可以使用它作为长期辅助设备。目前这个机器手的困难是如何将其做的更加舒服更加方便使用,整个机器内部包裹着气囊,内外层是一些纺织材料。表面还有很多传感器

比如下面这个动图,你触碰一下掌心,它就会自动合上手掌。

比如碰一下这里,自动开掌等。

整个机构就是像这样从一个基础的动作开始,逐渐往复杂方向延伸,和不同部位之间协同合作以达到复杂的动作。

这位穿star warsT恤的老铁在十年前一场事故已经瘫痪多年,在使用几个月后能勉强写字和抓取一些东西,使用工具,展现出了不错的恢复状况。他表示也愿意长期使用这装置来帮助自己更好的生活。

除此之外早在2014年Connor Walsh 教授就研发出柔性外骨骼 Soft Exosuit,可以有效改善足下垂。传统金属风格的外骨骼不同,Soft Exosuit 由编织成带状的纺织物组成,可以包裹佩戴者的腰部和腿部,非常柔软也具有韧性。机器内置微处理器、传感器和能源,腰部会置入马达,提供力量和机动性。目前处在测试阶段。

我国康复机器人市场规模和成长空间巨大。到 2030 年,中国 65 岁以上的人口的全国总人口比重将提高到 18.2%。广发证券在此前发布的研报中认为,人口老龄化将推动医疗及护理机器人快速产业化。预计国内未来 3-5 年内会出现成规模的医疗或护理机器人企业。去年 3 月,国家卫计委联合 5 部门印发《关于新增部分医疗康复项目纳入基本医疗保障支付范围的通知》,在原已纳入支付范围的 9 项医疗康复项目基础上,将“康复综合评定”等 20 项新增康复项目纳入医保支付范围。

皮一下放几张最近几年的软体机器人供大家欣赏

这款软体机械装置,可在不与血液接触的情况下帮助心脏跳动泵血。由于新装置并不会直接接触到血液,进而降低了血管阻塞的风险,未来使用该装置的病人不必再服用具有潜在危害的血液稀释类药物。

这种软体机器人有多种用途,例如通过崎岖地形或钻进稠密空间等。由于它在行动时悄无声息,基本不发出噪音,因此可用于侦测敌情。

软体机器人不是传统机器人技术的一部分,”瑞士苏黎世联邦技术学院仿生机器人学教授福米亚·利达说。“它们必须要以完全不同的思维来对待,用不同的材料制造,用不同的能源驱动。这是我们未来的必然之路。”