人工器官之人工智能假肢

1、乐子吴吞制作人工器官之人工智能假肢我们的生生活中常常常会遇遇到那些些因为肢肢体残疾疾或者年年迈而严严重影响响平时生生活例子子目前，全全球有6.5亿亿残疾人人，约占占总人口口的10%；根据中国国第二次次全国残残疾人抽抽样调查查数据，中国有有8300万残残疾人，约占总总人口的的6.34%，其中，肢体残残疾人有有2412万，约占残残疾人总总数的29%。视力残疾疾听力残疾疾多重残疾疾言语残疾疾肢体残疾疾智力残疾疾精神残疾疾特殊的残残疾群体体残疾疾军人两位残疾疾老兵，在战场场上为国国家流血血，生活活中的苦苦痛也许许只有他他们自己己知道届时中国国年龄超超过60岁的人人口将达达到4.4亿。同时，50%的人在

2、在年龄超超过80岁后，行动都都会受到到限制，这意味味着运动动的依赖赖性将大大大增加加。目前2050年我们需要要关注数数量庞大大的残疾疾人群体体和因因为年迈迈而无法法享受到到运动快快乐的老老年人人工智能能假肢他们们的希望望智能假肢肢是20世纪后后十年发发展起来来的具有有高性能能的新一一代假肢肢。与普普通假肢肢相比，其主要要功能特特点是能能根据外外界条件件变化和和工作要要求，自自动调调整假肢肢系统的的参数，使其工工作可靠，运动动自如，具有更更好的仿仿生性。智能假肢肢概述人类一直直以来都都有一个个梦想即 使人人的躯体体变强！途径有三身体变超人外骨骼机器人人体装上机械肢体回到智能能假肢智能假肢肢的组成

3、成，除了了假肢本本体以外外。还应应有以下下组成部部分：(1)敏敏感元件件：即各各种传感感器。它它们的作作用是将将外界条条件变化转换成成可提取取的信号号，一般般为模拟拟电信号号。(2)信信息处处理单元元:通通常是是微型计计算机，其作用用是读取取敏感元元件发出的信信号进进行行识别和和决策，并发出出控制指指令给可可控制元元件。 (3)可可控制元元件：一般安装装在假肢肢本体内内部，用用于调整整价值运运动的参参数，力参数，结构参参数等。使假肢肢按要求求工作。以智能膝膝关节为为例膝关节是是膝上假假肢系统统的核心心部件，是保证证截肢者者能站立立和行走走的关键键所在。随着对假假肢性能能要求的的不断提提高，下下

4、肢假肢肢不仅要要满足能能够站立立和行走走者两个个基本功功能，还还要求步步态自然然，与健健侧对称称性好：能适应应步行状状态的变变化，例例如步行行速度变变化，路路况(坡坡道，楼楼梯)的的变化等等；此外外还要在在使用者者可能被被障碍物物绊倒的的紧急情情况下的的保证安安全等。这些功能能是普通通假肢无无法实现现的。解解决这些些问题的的途径是是就使膝膝关节“智能化化”。膝关节的的力矩在在一个步步态周期期内是变变化的，摆动期期的初期期需要助助伸力矩矩，摆动动期的后后期则需需要大的的阻尼力力矩。不仅如此此，膝关关节力矩矩还与步步行的速速度，路路面状态态有关。例如，步行速速度快时时，助伸伸力矩要要大，以以便小腿

5、腿能跟上上步行速速度。否否则小腿腿摆不出出去，就就不能快快速行走走。为了减少少冲击力力，快速速行走时时，阻尼尼力矩也也应相应应加大。正常人人在不同同步行速速度和路路面上行行走时膝膝关节角角度变化化曲线见见图l，相应的的力矩变变化曲线线见图2。力矩可控控装置力矩可控控装置的的类型有有变机械械摩擦式式，液压压式，气气动式，磁粉离离合器式式，电流流变液阻阻尼式等等。变摩擦式式阻尼与与摩擦离离合器原原理相似似，它它通过一一定的机机械装置置改变离离合器两两边相接接触面的的正压力力，来控控制摩擦擦力矩的的大小。磁粉离离合器可可通过改改变加在在磁场上上的电压压来改变变传递的的力矩。电流变变液是一一种新型型智

6、能材材料，这这种流体体的黏度度可随施施加在其其上的电电压而变变化，而而且响应应速度很很快，可可控性好好。因此此可作为为力矩可可控的材材料。液压或气气压式阻阻尼器是是通过改改变进气气(油)或排气(油)门的开度度来控制制输出力力矩的。因此除除了气缸缸，油缸缸外，还还要有驱驱动系统统。目前前已有的的智能假假肢多采采用这种装装置。力矩控制制方法早期的电电控假肢肢是人工工智能假假肢的前前身，其其控制系系统是由由分立元元件和逻逻辑门电电路组成成的简单单开关逻逻辑控制制。实现现的功能能是对关关节的锁锁紧和解解锁。开关控制制信号源源一般取取自足底底压力信信号或膝膝关节转转角信号号、踝关关节转角角信号等等。随着

7、着微处理理器性能能提高，特别是是单片机机的出现现，为假假肢控制制提供了了更为灵灵活有效效的手段段，电电控假肢肢也由开开关控制制时代进进入微机机控制时时代。世界上首首例应用用“人工工智能”科学的的仿生智智能假肢肢2006年5月月在德国国莱比锡锡国际展展览会上上的亮相相的新版版C-Leg智能仿仿生腿采采用了人人工智能能科学的的原理，应用整整合计算算机科学学，仿生生学，力力学，机机械学等等一系列列相关学学科的内内容，不不仅可以以实现普普通假肢肢代偿下下肢站立立行走的的功能，保证行行走的稳稳定性、安全性性和动态态性能，而且，由于“人工智智能”科科学原理理的应用用，它突突破了机机械产品品的局限限性，具具

8、有“思思考”和和反馈的的功能，可以更更好地配配合人体体的功能能需求，就象截截肢者原原有的肢肢体从新新生长出出来一样样。卓越的功功能使C-Leg智智能仿仿生腿诞诞生至今今已经获获得了诸诸多重要要的国际际奖项，如“奥奥地利国国家创新新奖”（AustrianStateAward），“德德国设计计俱乐部部”(DeutscherDesignerClub)银银奖，以以及2006年年在日本本获得的的“卓越越设计奖奖”(Good DesignAward)等等，这些些奖项表表明，C-Leg智智能仿生生腿是高高科技、革新功功能和完完美设计计的结合合。整个这套套体系的的功能不不管快行行还是慢慢走、不不论是活活动还是

9、是静止都都在进行行。C-Leg智能能仿生腿腿监测行行走的每每一步，会综合合考虑所所有测量量数据的的方方面面面以适适应任何何一种情情况，然然后连续续不断地地回应使使用者的的需求。这就意意味着不不论是走走楼梯、上下斜斜坡，还还是应对对不同的的路况，使用者者不用再再集中精精力控制制假肢，而能节节省体力力和精力力做自己己想做的的事。人工智能能假肢创创造奇迹迹，更接接近真正正的肢体体伊拉克和和阿富汗汗战争推推动了假假肢技术术的发展展，使得得曾经只只在科幻幻小说中中出现的的情节得得以实现现。随着着计算机机、微处处理器、小型液液压推动动系统的的发展，结合新新型材料料的发明明，如碳碳纤维。使得新新型智能能假肢

10、在在功能更更强大、更全面面的同时时，也更更结实轻轻便。奥巴马先先生：我要退役役，我要要回国，我怕失失去我的的手臂和和腿脚驻伊士兵兵士兵先生生：不用担心心！我们们已经造造出来先先进的人人工智能能假肢了了，比你你原装的的好用多多了奥巴马人的手是是一个奇奇迹，它它的功能能和灵巧巧几乎是是不可能能复制的的，但全全球的生生物技术术公司正正在开发发新一代代手指可可以灵活活动作的的假手，使假手手可以做做更精细细灵巧的的工作。例如一种种轻型人人工智能能假手Fluidhand。它的每每个关节节都由微微型液压压推动系系统提供供动力，通过在在截肢者者肢体残残端肌肉肉中植入入传感器器，控制制每个手手指的移移动和控控制

11、。独独立的推推动系统统使得手手指表现现得更加加自然，并使其其比一般般假肢更更具灵活活性。通通过位于于手指和和手掌的的传感器器，截肢肢残端神神经肌肉肉可以感感觉到物物体，并并根据实实际情况况来控制制握力大大小。新假肢的的功能远远远超过过了早期期版本。 它使使用的技技术称为为脑-机接口，来自大大脑的信信号通过过传感器器传输到到假肢。另一项技技术突破破来自芝芝加哥康康复研究究所，神神经外科科手术移移植技术术。它能能够将一一名截肢肢病人控控制手臂臂和手的的神经从从肩部移移植到上上胸部。这些改改道的神神经通过过胸部完完好的肌肌肉，发发送信号号给传感感器，以以更好地地控制和和使用的的人工智智能假手手。没有

12、任何何器械和和能够像像我们的的手一样样灵活，但这些些新兴技技术能够够最大限限度的改改变肢残残人士的的生活。并给那那些在战战争中失失去四肢肢的士兵兵更多的的希望。第一个能能带来触触感的假假肢来自瑞典典和意大大利的科科学院联联合发明明了一种种新型的的人工智智能假肢肢，一种种与神经经相连接接通过感感受到触触感的假假肢。据据说这也也是世界界上第一一种能够够给予佩佩带着触触感的假假肢。这种假肢肢名叫Smarthand，它里里面安装装有40个与神神经相连连接的传传感器，当Smarthand被被挤压or触碰碰之后，传感器器就会将将这些信信息通过过神经传传递给大大脑。这这个科学学团队认认为他们们研发的的这种传传感器反反馈技术术目前是是假肢or机械械臂领域域上的一一重大进进步。而试用者者(如图图)也认认为，他他自己已已经有很很长时间间没有体体验到这这样的感感觉了。他能够够很好的的控制自自己的力力量，不不会用力力过度捏捏碎一些些小东西西。刀锋奔跑跑者20岁的的OscarPistorius，取得得了比其其他残疾疾运动员员更突出的的成绩，他保持持着残奥奥会100、200和和400米的记记录，奔奔跑的速速度比2004年奥运运会上的的女子成成绩还要要好