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创新的生物机械臂使用人工肌肉对抗震颤症

Tech Xplore       2025-03-12

据估计,全世界约有8000万人患有震颤。例如,那些患有帕金森病的人。不自主的周期性运动有时会强烈影响患者进行日常活动的能力,例如用玻璃杯喝水或写作。

可穿戴的软机器人设备为抑制这种震颤提供了一种潜在的解决方案。然而,现有的原型还不够复杂,无法提供真正的补救措施。

马克斯·普朗克智能系统研究所(Max Planck Institute for Intelligent Systems MPI-IS)、图宾根大学和斯图加特大学在图宾根仿生智能(BITS)合作下,科学家们希望改变这种状况。该团队为生物机器人手臂配备了沿着前臂绑扎的两股人造肌肉。该研究论文发表在《设备》杂志上。

生物机器人手臂(称为机械病人)模拟震颤。记录了几次真实的震颤并将其投射到生物机器人手臂上,然后反映了每个患者如何摇动手腕和手。然而,一旦震颤抑制被激活,由电动液压执行器制成的轻质人造肌肉就会收缩和放松,以补偿来回运动。现在,几乎感觉不到或看到震颤。

借助这支手臂,该团队希望实现两个目标。首先,该团队将他们的生物机器人手臂视为该领域其他科学家测试辅助外骨骼技术新想法的平台。结合他们的生物力学计算机模拟,开发人员可以快速验证他们的软人造肌的性能,从而避免对真实患者进行耗时且昂贵的临床测试——这在一些国家/地区甚至在法律上是不可能的。

此外,该手臂还用作人造肌肉的试验台,MPI-IS的机器人材料部门在科学界享有盛誉。

多年来,这些所谓的HASEL已经得到了微调和改进。该团队的愿景是,HASEL有朝一日成为辅助可穿戴设备的基石,震颤患者可以舒适地佩戴该设备,以便能够更好地应对日常任务,例如拿杯子。

MPI-IS机器人材料系的博士后、该论文的第一作者Alona Shagan Shomron 说,“我们看到,我们的肌肉很有可能成为服装的组成部分,人们可以非常隐蔽地穿上它,这样别人甚至不会意识到这个人患有震颤症”。

快速评估新兴震颤抑制技术的综合方法。图片来源:MPI-IS

MPI-IS 机器人材料部主任Christoph Keplinger总结道,“机器人技术在医疗保健应用方面具有巨大潜力。这个成功的项目凸显了基于柔性和可变形材料的软体机器人系统将发挥的关键作用”。


关键词:震颤抑制;生物机器人手臂;人造肌肉;可穿戴设备