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猶他大學研發AI仿生腿 可讓使用者自然行走
2019-11-08

猶他大學(University of Utah)的研究團隊開發全球首創真正的仿生(bionic)腿,為具備內建電池動力、電腦處理器、機動踝關節與膝關節的義肢腿,可協助被截肢者走得更平衡、更輕鬆、更快、更有活力,並能自動適應使用者的動作與步伐、協助使用者跨越或避開障礙。

根據Medgadget與猶他大學報導,猶他大學的義肢腿原型裝置Utah Bionic Leg主要採用質輕的鋁與鈦材料,重約2.7公斤差不多是其他目前研發中仿生腿的50%。此外Utah Bionic Leg原型裝置所有元件整合運作的特殊設計,以及使用內建的小型電池為馬達供電也有助於裝置的輕量化,對於佔殘肢者極大比例的年長者與因血管疾病失去下肢的患者是一大福音。

一般的電動義肢相當沉重,通常設計供較年輕與強壯的人使用,因此對年長截肢者的行動力僅能提供有限的協助。此外也無法感知穿戴者的需求,例如每次穿戴者要坐下、起立、登梯時,都會需要義肢腿的關節活動才能配合,因此電動義肢腿若要達到讓使用者感到自然並能流暢、有效率的移動,在踏出每一步時必須考量關節馬達啟動所需的時間。

Utah Bionic Leg原型裝置透過客製的動力(bespoke force)與轉矩(torque)感測器,以及現成的加速度計(accelerometer)與陀螺儀(gyroscope),隨時偵測義肢腿的狀態與在空間的位置,感知環境與使用者的韻律動作、步長與步速,並傳輸至內建的電腦運用人工智慧(AI)演算法分析這些資料,以掌握使用者目前運用義肢腿的行動意圖與所處的狀況。

因此Utah Bionic Leg可預測與感知使用者打算進行的活動並讓義肢腿自動配合運作,透過最佳化的智慧傳動系統連結電動馬達與關節,並根據即時資料來啟動義肢腿的腳踝關節與膝關節動力,以即時配合使用者行走、起立、坐下、爬梯、避開障礙等行動意圖,並繼續保持最佳整體平衡狀態、提供非常自然的走路步態、強化步行的靈活度與耐力。

初期的測試顯示Utah Bionic Leg原型裝置性能表現令人印象深刻,使用者在行走時殘肢的部分較不易感到疼痛與不適,並可減少身體的壓力,能體驗到使用其他義肢未曾有過的自然步態。參與Utah Bionic Leg測試的部分年長者表示,這項原型裝置讓他們重新體驗正常的走路方式且能持續步行更長的時間。

猶他大學這項計畫最近又分別獲得美國國立衛生研究院(NIH)與國家科學基金會(NSF)資助的220萬美元與60萬美元,以持續發展仿生義肢腿的相關技術,包括研究如何運用Utah Bionic Leg提升使用者的機動力與活動力,以及如何透過追蹤使用者殘肢肌肉的活動,而能更準確預測使用者的動作。研究團隊希望促進仿生義肢裝置的普及化以造福所有有需要的人。

(來源:Digitimes)

 

 

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