人工器官之人工智能假肢培訓(xùn)課件

人工器官之人工智能假肢我們的生活中常常會(huì)遇到那些因?yàn)橹w殘疾或者年邁而嚴(yán)重影響平時(shí)生活例子2人工器官之人工智能假肢目前，全球有6.5億殘疾人，約占總?cè)丝诘?0%；根據(jù)中國(guó)第二次全國(guó)殘疾人抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)，中國(guó)有8300萬(wàn)殘疾人，約占總?cè)丝诘?.34%，其中，肢體殘疾人有2412萬(wàn)，約占?xì)埣踩丝倲?shù)的29%。3人工器官之人工智能假肢視力殘疾聽(tīng)力殘疾多重殘疾言語(yǔ)殘疾肢體殘疾智力殘疾精神殘疾4人工器官之人工智能假肢特殊的殘疾群體——?dú)埣曹娙?人工器官之人工智能假肢兩位殘疾老兵，在戰(zhàn)場(chǎng)上為國(guó)家流血，生活中的苦痛也許只有他們自己知道6人工器官之人工智能假肢屆時(shí)中國(guó)年齡超過(guò)60歲的人口將達(dá)到4.4億。同時(shí)，50%的人在年齡超過(guò)80歲后，行動(dòng)都會(huì)受到限制，這意味著運(yùn)動(dòng)的依賴性將大大增加。目前2050年7人工器官之人工智能假肢我們需要關(guān)注數(shù)量龐大的殘疾人群體

和因?yàn)槟赀~而無(wú)法享受到運(yùn)動(dòng)快樂(lè)的老年人人工智能假肢 ——他們的希望8人工器官之人工智能假肢智能假肢是20世紀(jì)后十年發(fā)展起來(lái)的具有高性能的新一代假肢。與普通假肢相比，其主要功能特點(diǎn)是能根據(jù)外界條件變化和工作要求，自動(dòng)調(diào)整假肢系統(tǒng)的參數(shù)，使其工作可靠，運(yùn)動(dòng)自如，具有更好的仿生性。智能假肢概述9人工器官之人工智能假肢人類一直以來(lái)都有一個(gè)夢(mèng)想即使人的軀體變強(qiáng)！?。⊥緩接腥眢w變超人外骨骼機(jī)器人人體裝上機(jī)械肢體10人工器官之人工智能假肢11人工器官之人工智能假肢12人工器官之人工智能假肢13人工器官之人工智能假肢回到智能假肢智能假肢的組成，除了假肢本體以外。還應(yīng)有以下組成部分：(1)敏感元件：即各種傳感器。它們的作用是將外界條件變化轉(zhuǎn)換成可提取的信號(hào)，一般為模擬電信號(hào)。(2)信息處理單元:通常是微型計(jì)算機(jī)，其作用是讀取敏感元件發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和決策，并發(fā)出控制指令給可控制元件。

(3)可控制元件：一般安裝在假肢本體內(nèi)部，用于調(diào)整價(jià)值運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，力參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)等。使假肢按要求工作。14人工器官之人工智能假肢以智能膝關(guān)節(jié)為例膝關(guān)節(jié)是膝上假肢系統(tǒng)的核心部件，是保證截肢者能站立和行走的關(guān)鍵所在。隨著對(duì)假肢性能要求的不斷提高，下肢假肢不僅要滿足能夠站立和行走者兩個(gè)基本功能，還要求步態(tài)自然，與健側(cè)對(duì)稱性好：能適應(yīng)步行狀態(tài)的變化，例如步行速度變化，路況(坡道，樓梯)的變化等；此外還要在使用者可能被障礙物絆倒的緊急情況下的保證安全等。這些功能是普通假肢無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。解決這些問(wèn)題的途徑是就使膝關(guān)節(jié)“智能化”。15人工器官之人工智能假肢膝關(guān)節(jié)的力矩在一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)是變化的，擺動(dòng)期的初期需要助伸力矩，擺動(dòng)期的后期則需要大的阻尼力矩。不僅如此，膝關(guān)節(jié)力矩還與步行的速度，路面狀態(tài)有關(guān)。例如，步行速度快時(shí)，助伸力矩要大，以便小腿能跟上步行速度。否則小腿擺不出去，就不能快速行走。為了減少?zèng)_擊力，快速行走時(shí)，阻尼力矩也應(yīng)相應(yīng)加大。正常人在不同步行速度和路面上行走時(shí)膝關(guān)節(jié)角度變化曲線見(jiàn)圖l，相應(yīng)的力矩變化曲線見(jiàn)圖2。16人工器官之人工智能假肢17人工器官之人工智能假肢力矩可控裝置

力矩可控裝置的類型有變機(jī)械摩擦式，液壓式，氣動(dòng)式，磁粉離合器式，電流變液阻尼式等。

變摩擦式阻尼與摩擦離合器原理相似，它通過(guò)一定的機(jī)械裝置改變離合器兩邊相接觸面的正壓力，來(lái)控制摩擦力矩的大小。磁粉離合器可通過(guò)改變加在磁場(chǎng)上的電壓來(lái)改變傳遞的力矩。電流變液是一種新型智能材料，這種流體的黏度可隨施加在其上的電壓而變化，而且響應(yīng)速度很快，可控性好。因此可作為力矩可控的材料。

液壓或氣壓式阻尼器是通過(guò)改變進(jìn)氣(油)或排氣(油)門的開(kāi)度來(lái)控制輸出力矩的。因此除了氣缸，油缸外，還要有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前已有的智能假肢多采 用這種裝置。18人工器官之人工智能假肢世界上首例應(yīng)用“人工智能”科學(xué)的仿生智能假肢

2006年5月在德國(guó)萊比錫國(guó)際展覽會(huì)上的亮相的新版C-Leg?智能仿生腿采用了人工智能科學(xué)的原理，應(yīng)用整合計(jì)算機(jī)科學(xué)，仿生學(xué)，力學(xué)，機(jī)械學(xué)等一系列相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，不僅可以實(shí)現(xiàn)普通假肢代償下肢站立行走的功能，保證行走的穩(wěn)定性、安全性和動(dòng)態(tài)性能，而且，由于“人工智能”科學(xué)原理的應(yīng)用，它突破了機(jī)械產(chǎn)品的局限性，具有“思考”和反饋的功能，可以更好地配合人體的功能需求，就象截肢者原有的肢體從新生長(zhǎng)出來(lái)一樣。20人工器官之人工智能假肢卓越的功能使C-Leg?智能仿生腿誕生至今已經(jīng)獲得了諸多重要的國(guó)際獎(jiǎng)項(xiàng)，如“奧地利國(guó)家創(chuàng)新獎(jiǎng)”（AustrianStateAward），“德國(guó)設(shè)計(jì)俱樂(lè)部”(DeutscherDesignerClub)銀獎(jiǎng)，以及2006年在日本獲得的“卓越設(shè)計(jì)獎(jiǎng)”(GoodDesignAward)等，這些獎(jiǎng)項(xiàng)表明，C-Leg?智能仿生腿是高科技、革新功能和完美設(shè)計(jì)的結(jié)合。21人工器官之人工智能假肢整個(gè)這套體系的功能不管快行還是慢走、不論是活動(dòng)還是靜止都在進(jìn)行。C-Leg?智能仿生腿監(jiān)測(cè)行走的每一步，會(huì)綜合考慮所有測(cè)量數(shù)據(jù)的方方面面以適應(yīng)任何一種情況，然后連續(xù)不斷地回應(yīng)使用者的需求。這就意味著不論是走樓梯、上下斜坡，還是應(yīng)對(duì)不同的路況，使用者不用再集中精力控制假肢，而能節(jié)省體力和精力做自己想做的事。22人工器官之人工智能假肢人工智能假肢創(chuàng)造奇跡，更接近真正的肢體伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)推動(dòng)了假肢技術(shù)的發(fā)展，使得曾經(jīng)只在科幻小說(shuō)中出現(xiàn)的情節(jié)得以實(shí)現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)、微處理器、小型液壓推動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，結(jié)合新型材料的發(fā)明，如碳纖維。使得新型智能假肢在功能更強(qiáng)大、更全面的同時(shí)，也更結(jié)實(shí)輕便。23人工器官之人工智能假肢奧巴馬先生：我要退役，我要回國(guó)，我怕失去我的手臂和腿腳駐伊士兵士兵先生：不用擔(dān)心！我們已經(jīng)造出來(lái)先進(jìn)的人工智能假肢了，比你原裝的好用多了 奧巴馬24人工器官之人工智能假肢25人工器官之人工智能假肢人的手是一個(gè)奇跡，它的功能和靈巧幾乎是不可能復(fù)制的，但全球的生物技術(shù)公司正在開(kāi)發(fā)新一代手指可以靈活動(dòng)作的假手，使假手可以做更精細(xì)靈巧的工作。例如一種輕型人工智能假手Fluidhand。它的每個(gè)關(guān)節(jié)都由微型液壓推動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，通過(guò)在截肢者肢體殘端肌肉中植入傳感器，控制每個(gè)手指的移動(dòng)和控制。獨(dú)立的推動(dòng)系統(tǒng)使得手指表現(xiàn)得更加自然，并使其比一般假肢更具靈活性。通過(guò)位于手指和手掌的傳感器，截肢殘端神經(jīng)肌肉可以感覺(jué)到物體，并根據(jù)實(shí)際情況來(lái)控制握力大小。26人工器官之人工智能假肢27人工器官之人工智能假肢新假肢的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了早期版本。它使用的技術(shù)稱為腦-機(jī)接口，來(lái)自大腦的信號(hào)通過(guò)傳感器傳輸?shù)郊僦?。另一?xiàng)技術(shù)突破來(lái)自芝加哥康復(fù)研究所，神經(jīng)外科手術(shù)移植技術(shù)。它能夠?qū)⒁幻刂∪丝刂剖直酆褪值纳窠?jīng)從肩部移植到上胸部。這些改道的神經(jīng)通過(guò)胸部完好的肌肉，發(fā)送信號(hào)給傳感器，以更好地控制和使用的人工智能假手。沒(méi)有任何器械和能夠像我們的手一樣靈活，但這些新興技術(shù)能夠最大限度的改變肢殘人士的生活。并給那些在戰(zhàn)爭(zhēng)中失去四肢的士兵更多的希望。28人工器官之人工智能假肢第一個(gè)能帶來(lái)觸感的假肢

來(lái)自瑞典和意大利的科學(xué)院聯(lián)合發(fā)明了一種新型的人工智能假肢，一種與神經(jīng)相連接通過(guò)感受到觸感的假肢。據(jù)說(shuō)這也是世界上第一種能夠給予佩帶著觸感的假肢。這種假肢名叫Smarthand，它里面安裝有40個(gè)與神經(jīng)相連接的傳感器，當(dāng)Smarthand被擠壓or觸碰之后，傳感器就會(huì)將這些信息通過(guò)神經(jīng)傳遞給大腦。這個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們研發(fā)的這種傳感器反饋技術(shù)目前是假肢or機(jī)械臂領(lǐng)域上的一重大進(jìn)步。而試用者(如圖)也認(rèn)為，他自己已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有體驗(yàn)到這樣的感覺(jué)了。他能夠很好的控制自己的力量，不會(huì)用力過(guò)度捏碎一些小東西。29人工器官之人工智能假肢刀鋒奔跑者20歲的OscarPistorius，取得了比其他殘疾運(yùn)動(dòng)員 更突出的成績(jī)，他保持著殘奧會(huì)100、200和400米的記錄，奔跑的速度比2004年奧運(yùn)會(huì)上的女子成績(jī)還要好。30人工器官之人工智能假肢人工智能肢體之綜上所述人工智