安装了假肢的截肢患者如果碰到磕磕绊绊很容易摔倒,无法让人保持平衡。梅隆大学正在研发一种机械腿,模仿人类大脑对腿部控制的方式,让截肢患者们恢复身体平衡。

 

机器人学助理教授Hartmut Geyer表示,通过对人类的反射行为和其他神经肌肉控制系统进行研究,设计出一种平衡控制策略,并且在实验室中进行了相关实验和模拟验证,能使人在不平坦的地面保持步态平稳,可在绊倒或被猛推之后依然能快速恢复身体平衡。

此项目作为国家科学基金会出资90万美元资助的”国家机器人计划”的一部分,历时三年时间。此项技术将在膝盖以上截肢患者志愿人士中做出进一步测试和改进。

盖尔表示:电动假肢可帮助弥补缺失的腿部肌肉,但是,如果截肢者害怕摔倒,他们就不会使用。现在的假肢尽量模仿自然的腿部运动,然而它们还是无法像一条健康的人腿那样对绊倒或推到做出反应。如果我们了解人类如何控制自己的四肢,那么我们就能利用这些原则来控制机器人的四肢。

该原理将不仅仅适用于机械腿上,也适用于足式机器人。在最近德国汉堡举行的IEEE智能机器人与系统国际会议上,Geyer展示了采用相同原理的足式机器人,也是通过应用神经肌肉控制系统。

在过去的十年中,盖尔一直致力于研究机械腿的行走以及电机控制的动态。在研究观察中,盖尔发现了腿伸肌对于关节伸直的重要作用。来自腿部肌肉的力量反馈会对地面干扰做出自动反应,腿部会迅速减缓腿部运动或迈大步子。

通过使用计算机模拟的人腿一半大小的电缆驱动设备Robotic Neuromuscular Leg 2,盖尔研究小组对神经肌肉模型进行了评估。

研究人员发现,通过神经肌肉控制的方法,可以复制人类正常的行走模式。机械腿在向前或向后摆动时,可对干扰迅速做出反应。不过,Geyer表示目前机械腿在中间摆动时还无法对干扰作出回应。

盖尔指出,在美国,每一百万人口中就有超过一人截肢,并且此数据在2050年将翻四倍,约有一半的截肢患者对摔倒心存恐惧,他们无法在不平稳的地面上行走。作为一个新兴的技术领域,机器人技术通过采用新的设计和控制策略为解决假肢问题提供了更多可能性。(文/Tina译)

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