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由于國家科學基金會和國防部資助的新研究,失去手臂或腿的人有希望過上更好的生活。
喬治梅森大學的研究人員正在開發尖端的超聲波技術,以幫助人們更好地控制他們的手臂、手和腿的假肢。
梅森工程(MasonEngineering)生物工程系副教授Siddhartha Sikdar說:“我們的目標是幫助截肢者改善日常生活。” Sikdar對使用新的超聲波系統的截肢者進行了一項試驗性可行性研究。
他說,目前,上肢假肢(手臂和手)通常由一種感覺肌肉活動的電方法來控制。 當截肢者試圖進行動作時,皮膚表面的電極會在殘余肢體中拾取肌肉的電活動。
問題是,皮膚表面的電極不能很容易地區分來自控制手指和拇指的前臂許多不同肌肉的信號。
截肢者經常因這種方法的局限性而氣餒,一項研究表明,大約一半的人不使用他們昂貴的假肢,因為假肢不能提高他們的生活質量,Sikdar說。
他說:“這真的是一個恥辱,因為現代假肢是復雜的系統。” “最大的挑戰是為用戶提供一種可靠、無創、直觀的方法來控制這些設備。”
Sikdar的團隊一直在研究一種利用超聲波來感知肌肉活動的新方法來操作假體。 這項研究由兩項$100萬贈款資助,一項來自國家科學基金會,一項來自國防部。
該團隊正在設計和評估微型超聲換能器,這些換能器是作為前臂或假肢外殼下的一個小波段佩戴的緊湊設備..
換能器將聲波送入人體,感知反射聲波。 然后利用計算機算法對這些信號進行分析,以識別肌肉活動。
這種方法能夠感覺到組織內部的肌肉活動,并且它區分不同的肌肉群比皮膚表面的電極更好。
Sikdar說,他們的實驗室研究表明,超聲波技術可以很好地控制上半身假肢,包括對手指和拇指的微調運動控制。
在實驗室中,他們已經證明計算機算法可以使用這種超聲方法來學習精確區分15種不同的手和手腕運動。 用戶可以穩健地執行部分運動和高度的控制。 他說:“軍方正在資助這項技術,以此來改善那些在行動中受傷的人的生活。”
在另一個由國家科學基金會資助的項目中,Sikdar的團隊正在應用基于超聲的方法來感知肌肉活動,為脊髓損傷的人開發新型外骨骼..
他們還在探索這項研究的其他幾個領域,包括開發更簡單、更便宜的上肢假肢;將基于超聲波的控制方法擴展到下肢假肢;以及通過電子游戲培訓人們使用假肢。
Sikdar已經申請了這項工作的專利,如果最新的研究證明成功,它正在尋找商業化的方法。
最終,這些發展可能不僅有助于美國的截肢者,而且也有助于世界各地的截肢者。 他說:“知道這項技術有可能幫助真正的人,使我們所有人都保持高度的積極性。”