18新利最新登入生物机电学是如何工作的

任何生物机电系统都必须有相同类型的组件。

生物传感器

生物传感器可以探测用户的“意图”。根据设备的损伤和类型，这些信息可能来自用户的神经和/或肌肉系统。18luck手机登录在假肢的情况下，生物传感器将这些信息与位于设备本身外部18luck手机登录或内部的控制器联系起来。生物传感器还从肢体和执行器反馈(如肢体位置和施加的力)，并将这些信息与控制器或用户的神经/肌肉系统联系起来。18luck手机登录

生物传感器可能是探测电活动的电线，例如电探测器(通过化学手段检测电流)在皮肤上，针电极植入肌肉，和/或固态电极阵列，神经通过它们生长。

机械传感器

机械传感器测量有关设备的信息(如肢体位置、施加的力和负18luck手机登录载)，并与生物传感器和/或控制器相关。这些是机械装置，如测力计和加速度计。

控制器

控制器是连接用户神经或肌肉系统和设备的接口。它中继和/或解释意图命令从用户到设备的执行器。它还传递和/或解释来自机械和生物传感器的反馈信息给用户。18luck手机登录控制器还监视和控制生物机电设备的运动。

致动器

驱动器是产生力量或运动的人造肌肉。执行器可以是一个马达，根据设备是矫形器还是假肢来辅助或替代用户的原生肌肉。

请看下面的动画来查看系统是如何工作的。18新利最新登入接下来，了解生物机电领域的进展。

世界上有几个实验室在生物机电方面进行研究，包括麻省理工学院、特温特大学(荷兰)和加州大学伯克利分校。目前的研究主要集中在三个方面:

分析人体动作人类的动作是复杂的，无论是伸手拿杯子还是在崎岖的地形上行走。我们必须了解人类是如何运动的，这样我们18新利最新登入才能设计出有效模仿和帮助人类运动的生物机电设备。

彼得·维尔丁克博士和特温特大学的同事们正在分析行走运动(步态分析)，方法是用摄像系统测量身体运动，用测力计测量地面反应力，用肌电图(记录肌肉收缩产生的电活动)测量肌肉活动。对正常和受损患者的分析将有助于了解自由行走运动，并诊断受损患者特定的步态问题。Veltink的小组同样评估了行走和站立时的平衡控制。

麻省理工学院休·赫尔博士的生物机电组使用计算机模型和摄像机分析运动来研究平衡、跑步时的腿部收缩和行走时的角动量守恒。

电子设备与人的接口生物机电设备区别于传统矫形器和假肢设备的一个重要方面是能够与用户的神经和肌肉系统连接，这样他就可以从设备中发送和接收信息。18luck手机登录

荷兰的Peter Veltink团队正在使用植入式电极来刺激小腿肌肉。他们正在开发背屈肌的传感和控制方法，背屈肌可以在走路时抬起脚。这将有助于治疗瘫痪和中风患者在行走时无法控制这只脚(即落脚)。

Veltink团队的hermee Hermens和Laura Kallenberg正在使用放置在皮肤上的电极来监测皮下肌肉的电活动。肌电描记器Y)，而不是直接将电极植入他们体内。这减少了疼痛和不适，也可能是双向交流的途径。(http://bss.ewi.utwente.nl/research/biomechatronics/rsi.doc/index.html)。

Veltink的团队还使用肌电图表面电极来反馈和控制小腿假肢。在假肢中，膝盖角度被检测，并通过肌电图将信息传递到截肢腿的残端肌肉。18luck手机登录佩戴者可以感知到这种活动，并学会如何理解它。最终残肢肌肉的电活动可能被用来控制假肢。

接下来，了解麻省理工学院的生物力学研究。

麻省理工学院休·赫尔的团队正在开发一种筛网集成电路电极(集成电路是一种微小的塑料芯片，上面印着一整条电路)。在这个装置中，两根神经树桩通过一个指导渠道(一种使神经末梢紧密相连的小管)。在通道中，有一个筛子，每个孔连接到集成电路板上的电极。当神经纤维穿过小孔与两端连接时，它们与电极接触，从而形成一个接口。

先进矫形学和假肢装置“，

休·赫尔的实验室也在制造能更好地模仿人类真实动作的假肢设备:

在矫形器和假体设备中使用的大多数执行器都是电机或电线，当电流通过它们时，它们会收缩。虽然这些设备可以提供收缩力，但它们无法模仿活肌肉组织的动态灵活性。但如果你能制造出真正的肌肉驱动器呢?在麻省理工学院休·赫尔的实验室里，他们制造了一种机器鱼，由取自青蛙腿的活肌肉组织推动。机器鱼有以下组成部分:

青蛙的肌肉被连接到尾巴的两侧和机器人的塑料脊柱上，来自刺激器的电极被连接到它们上面。两边的肌肉交替受到刺激，产生游泳的动作。机器鱼被放在一个装有盐溶液的水箱中，目的是让肌肉保持活力。在42个小时中，鱼游了4个小时，速度超过了最大速度的75%。机器人可以向前、向后、转弯和停下来。这是一个生物机电设备的原型带有一个活的驱动器。

而在防弹衣技术可以帮助伊拉克战争中的士兵在爆炸中幸存下来，这些幸存者中的许多人四肢受损(手、胳膊、脚、腿)，需要截肢。这种情况刺激了对先进矫形/假肢设备的研究，例如麻省理工学院休·赫尔实验室开发的设备。退伍军人事务部和国防部正在资助几个生物机电组，以满足退伍军人和士兵在战场上的需求。

最近，克劳迪娅·米切尔，一名前海军陆战队员和截肢者，测试了一种假肢由芝加哥康复研究所的托德·库伊肯博士开发。芝加哥西北纪念医院(Northwestern Memorial Hospital)的整形外科医生格雷戈里·杜麦年(Gregory Dumainian)博士将控制她失去的手臂的神经转移到了胸部。神经在她胸部皮肤附近重新生长。她皮肤上的微小电极捕捉到这些神经的电活动，并将信号发送到手臂上的马达。她可以通过思考来控制手臂的动作。到目前为止，假肢并不是真正的生物机电电子，因为信号只能从克劳迪娅传递到手臂。Kuiken博士正在研究下一步，让手臂为她提供反馈，包括疼痛和压力等感觉。

到目前为止，我们主要研究了生物电子设备如何帮助运动功能受损的人。18新利最新登入但这些设备会对正常人产生什么影响呢?他们能给他/她超人的力量，就像史蒂夫奥斯汀，“六百万美元的人”?为此，加州大学伯克利分校的研究人员开发了一种机器或外骨骼，以增强正常人的行走能力。的伯克利下肢外骨骼(BLEEX)使用金属腿支架，由电机驱动，使佩戴者更容易行走。该装置中的传感器和执行器提供反馈信息，以调整行走时的运动和负载。18luck手机登录该设备的控制器和引擎位于一个背包的框架上。虽然该设备本身重100磅，但它可以让人拉一个70磅的背包，同时感觉他/她只背了5磅。

BLEEX在军事和民用方面都有很多用途。有了BLEEX，士兵们可以背着重物穿越崎岖的地形而不会感到疲劳。同样，军医也可以把受伤的受害者抬出战场。消防和救援人员可以携带沉重的装备或物资到车辆无法到达的很远的地方。

当生物机电设备得到充分开发时，它将在许多方面发挥作用:

生物机电设备的主要缺点是感染的可能性(因为非生物部件被植入活组织)疼痛和不适。18新利最新登入然而，这项新技术的前景带来了希望，那些运动功能受损的人将能够恢复模仿正常人类运动的功能，也许，使他们比以前更好，更强或更快。

有关生物机电及相关主题的更多18luck手机登录信息，请查看下一页的链接。