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康复机器人市场爆发在即,自由行走离我们还有多远?(下)

导语:(接续上篇康复机器人市场爆发在即,自由行走离我们还有多远?(上) )先进的人造肌肉ARCLab也正在将人造肌肉作为机器人的创新及低成本执行器。ARCLab人造肌肉的关键元素是导电缝纫线,

(接续上篇康复机器人市场爆发在即,自由行走离我们还有多远?(上)

先进的人造肌肉

ARCLab也正在将人造肌肉作为机器人的创新及低成本执行器。ARCLab人造肌肉的关键元素是导电缝纫线,这种类型的纺织品通常用于包含电子元素的产品,例如会闪灯的T恤衫。

合成肌纤维是由镀银的尼龙缝纫线制成的,这些缝纫线被纺成紧密卷曲的结构。当电压施加到纤维上时,它们发热并收缩。当他们受冷时,则放松到原来的长度。通过将多个卷曲的纤维编织在一起,Yip的团队创造了一个更强大的“肌肉”,可以提升更重的负荷。Yip随后解释了其重要性:

 “我们把多股线缠绕,把收缩放大到30%左右,接近人类肌肉的收缩范围。如果你看传统的人工肌肉,他们过去是选择金属合金,加热收缩大概也只有12%。人类最好的肌肉大约收缩40%,所以我们非常接近现实的生理收缩范围。”

Yip加入加州大学圣地亚哥分校之前,他曾在迪斯尼主题公园和景点背后的研发部门和创意力量迪士尼幻想工作。在迪斯尼研究公司,他开发了人造肌肉技术,可以制造活生生的假手和手臂。在加州大学,Yip和他的团队致力于增强这些人造肌肉的力量和扩大收缩范围,创造出用于康复、增强和肢体替换的机器人装置。

Yip说,“我们正在利用这些肌肉来进行手部康复,利用它进行姿势控制,用于矫形器和假肢的潜在致动器,总的来说,用于能自然动作的仿生机器人。”目前,Yip的团队已经制造了一对用手手部康复的手套。

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这个人造肌肉对外骨骼也有影响,单根纤维的重量不足一克。即使多根纤维缠绕,其重量也可忽略不计。它可以成为一个轻量级的执行器,可以施加大量的额外的力量来帮助提升负载。因为它是一根线或绳子,可以编织成纺织品。

Yip认为这些执行器对行业具有重大的意义:“我们正在谈论的是一个通用的执行器,其行为与之前的任何行为都不同。它本身具有兼容性和轻量级特性,因此安全可靠。你可以推它,它会像弹簧一样弹回来。这不是一个僵硬的关节。”

 现在所有的机器人都使用电机。目前正在使用的技术是设计成具有高速旋转的旋转主轴,对齿轮和重型变速器进行拍击以产生线性运动。这样的执行器本身产生线性运动。而我们现在研究的东西可以像正常肌肉一样产生线性运动,这是传统电机所无法达到的。”Yip继续补充道。

Yip的研究团队也正在与喷气推进实验室和加州理工学院的化学家进行讨论开发一种新的机制来驱动更高效的人造肌肉。

Yip表示,“从某种意义上来说,这并不是这些肌肉的最终版本,不过,我们现在有了这些特性,可以用它们来演示一些更棒的机器人技术。”

同时,人造肌肉技术、软体机器人以及协作式和可穿戴式机器人技术的发展也为康复和康复带来了新的生机。

德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员正在开发HarmonyMaestro两种上肢康复机器人。

哈佛的软体机器人专家设计了一种柔软的可穿戴机器人外衣,以帮助中风患者重新走路。

带肌肉的机器人服装

一家初创公司Seismic意图颠覆康复机器人市场,并将可穿戴机器人解决方案直接带给消费者,他们已经创造了一种新型的可穿戴机器人,它被称为Powered ClothingTM。这种轻便连接的服装旨在为肌肉和关节增加“智能可穿戴强度”。

Seismic公司首席执行官Rich Mahoney表示,“回顾康复机器人的历史就会发现,这些产品通常是很大很笨重,也很昂贵,主要专注于紧急护理临床经验。这些设备向大型机构的售价高达数十万美元。这些康复机器人几乎从来没有进入家庭,从来没有成为消费品。但是,我认为有很多机会让机器人造福于人类,但目前的道路已经导致了数量有限的设备在有限的空间中应用。”

Mahoney说,像外骨骼这样的硬件密集型设备对于普通消费者来说既不实际也负担不起。Seismic的机器人套装则专注于保健。它被设计成穿在衣服下面,在任何需要核心支撑的活动中提供力量,比如长时间坐着,站着,或者从椅子上爬起来。

该公司最初的重点是婴儿潮一代,指出在10年之内,65岁以上的人将首次超过幼儿。Seismic的主要投资者是位于东京的Global Brain,这并非巧合。 在日本,面向老年人的产品和服务的支持已经比较先进,但是到了2025年,65岁及以上的人口预计将增加到30%,因此面临着重大的挑战。

Seismic的机器人服装是基于最初由非营利性研究中心SRI International开发的专利技术,它是DARPA资助的名为Warrior Web计划的一部分。DARPA的可穿戴式机器人计划是为了减轻士兵们携带重物时的疲劳和受伤风险。可穿戴技术的设计是轻量化和身体贴合,替代笨重的大型外骨骼。

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很柔软但是也很强大

Seismic机器人服装的独特之处在于嵌入织物的机电人造肌肉。“肌肉”由连接到肌腱状细丝的小电机供电。当这些“肌腱”收缩时,它们在身体上的位置处于战略位置,产生一种像人体肌肉一样的外力。

Mahoney解释说:“我们有一种以纺织为基础的治疗方案,可以舒适地将肌肉贴合到身体上。我们不使用外骨骼或框架,而是以人体本身作为框架。”

Seismic的人造肌肉是把3D打印的针织纺织品、小型移动跟踪传感器和机载计算等创新技术相结合,创造了一种外观和感觉类似于服装的产品,但其功能更像是人体的延伸。

Mahoney说:“我们计划设计它与佩戴者形成一种协同的方式,以便传感器能够检测到移动,并且根据设置,在人们进行不同的活动时自动增加力量。”

机器人套装作为内衣穿着。人造肌肉被整合到衣服的大腿和腰部以支撑人体的臀部和下背部。所施加的力各不相同,并根据穿戴者的身高和体重、身体特征以及所需的助力量来制定。

Mahoney 表示,“我们把它设计成可以整天穿的衣服,让你感觉不到它的存在。我们最好的内部测试是当系统与佩戴者协同工作时,他们甚至没有意识到它正在移动,因为它与他们协调得很好。”

Seismic已更名为Superflex,原型Exosuit是由SRI International开发的,Mahoney曾在哪里担任过七年的机器人执行董事。他还是Silicon Valley Robotics的创始总裁,曾任美国机器人辅助康复产品的Motorika总经理。

Mahoner超过25年的职业生涯中,主要从事的是康复机器人和辅助技术。2016年,他决定重新回到早期的产品开发阶段,所以他从SRI获得技术许可,申请了他的专利,并从实验室带走了同事。他目前的团队包括来自纺织创新、机器人、生物力学和人工智能等领域的领导者。

这是Seismic公司开发的动力服装技术中的第一个产品。该公司最终计划将其可穿戴机器人技术引入医疗康复、工业作业、田径、游戏和高端服装设计中。

在过去一年里,初创公司获得了A轮融资,机器人服装已经处于beta测试阶段。Mahoney表示,他们正在探索与持续护理退休社区的伙伴关系,以及其他营销渠道。Seismic的目标是机器人服装在2018年震撼上市。

 

原创
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