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Faulhaber医疗解决方案 | 突破假肢技术瓶颈,实现人机融合!

供稿:福尔哈贝传动技术(太仓)有限公司 2018/4/26 14:36:44

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  1. 关键词: Faulhaber 医疗解决方案 假肢
  2. 摘要:强大的假肢技术,让患者重获新生!
在一些残奥会及相关赛事上我们发现如今的假肢技术早已超出人们的想象。 2014年夏天,德国跳远运动员Markus Rehm无法跟随同伴一起参加欧洲田径锦标赛,因为德国运动委员担心他的碳纤腿部假肢比身体健全的运动员更占优势。可见,现在假肢技术已十分发达。不过这种由碳和其他材料制成的假肢却有一大缺陷,那就是无法像自然肢体一样高度灵活。市面上现有的手部假肢可以识别残余掌根的肌肉运动,患者可以张合假手及抓取物体,但缺少感觉反馈,因此患者必须时刻盯着假肢,以防将物体捏碎。 假肢技术的痛点 动力源:肌肉是非常高效的动力来源,裸重只有几斤的肌肉能在几百毫秒内产生上百牛顿的拉力。这一出力效率导致人工假肢在同等重量下,很难获得与人手一样的抓握力。控制算法:人的神经系统对人手的控制牵涉到复杂的力学与神经科学的耦合,由于假肢没有和肌肉一样高效的动力源,所以目前假肢难以复现人类肢体的一些基本特性,比如柔顺性、抗干扰性等。感觉反馈:人类肢体在运动过程中是时刻接收外界信息,并回传到中枢神经系统形成感觉反馈。没有这层反馈,肢体就处于“麻木无感”的状态。当前人工假肢仍在寻找能将传感器捕获的外界环境回传至人体的技术。 突破假肢瓶颈   FAULHABER通过其先进的驱动装置赋予了假肢恰到好处的力量,以抓取而不损坏物体或让物体掉落。但这些运动其实是一种复杂的序列组合,若想人为仿制,无疑是一大挑战。LifeHand拇指和其他手指的精细运动得益于FAULHABER直流微电机庆幸的是,在FAULHABER微电机技术的支持下,已有研发团队通过LifeHand 2项目取得了假肢领域开创性成功。可与真正的人手媲美LifeHand 2项目取得了巨大的突破,它可以使假肢患者采用适当的力量抓取物体,并通过传感器感知物体的特征,甚至能准确地感知到是哪个手指接触到了物体,该假肢的大小和重量与真正的人手相当。此外,LifeHand 2手部假肢还配备了传感器,可通过测量人造肌腱内的应力产生触摸感,从而进一步操控手指运动。其测得的数据会转换为电信号传送至神经系统,然后通过神经纤维的电极传导至大脑。用合适的力量抓取物体, 同时不压坏物体或让物体掉落。计算机将来自传感器的信号转化为神经系统以识别脉冲,再通过中央神经(Nervus medianus)和尺神经(Nervus ulnaris)上的电极进一步传导至大脑。该仿生假手由瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的国际研究小组研制而成,意大利、瑞士和德国等国家的六个研究机构也参与了这一项目。Silvestro Micera教授及其团队来自意大利的Scuola Superiore Sant’Anna高等学校(SSSA),他们研制出了感官反馈系统,可以让患者在触摸和移动物体时产生一定的感觉。 临床验证,效果突出 2013年2月,LifeHand 2在罗马Gemelli医院里完成了临床研究测试。Däne Dennis Aabo Sørensen是第一个自愿接受LifeHand 2测试的患者。他在九年前的一次事故中失去了左手,四个微型接口植入了他的左手主神经。在装上假手前,必须先通过手术装入电极并等伤口完全愈合。当Sørensen触摸物体时,假肢上的传感器会产生感官信息,先由计算机进行处理,然后通过刺激器传送给植入神经的电极,最后再传导给大脑。整个过程需时不到100毫秒,如此短的时间不会让患者产生传递延迟的感觉。Sørensen可以实时感知到物体的形状、硬度和质地,并利用这些信息及手指的控制采用正确的动作和力量抓取物体。Sørensen学会操控假手的速度令整个研究小组感到无比惊讶。在测试过程中,研究人员蒙住了Sørensen的眼睛,然后让他用LifeHand抓取物体。虽然无法看到东西,但Sørensen不仅能成功地掌控拿捏的力量强度,还能描述物体的形状和质地。 精巧的FAULHABER电机 LifeHand拇指和其他手指能实现精确的运动得益于FAULHABER的直流微电机。该电机的直径和长度分别为13和31毫米,结构轻巧紧凑。Faulhaber直流微电机FAULHABER直流电机的特殊之处在于其转子不是缠绕在铁芯上,而是由倾斜缠绕的自承式铜线圈组成。此外,转子惯量小、无齿槽效应也是Lifehand项目选用FAULHABER电机的一大原因。精彩视频,真实再现临床验证效果
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