Войти
Биомехатроника - это прикладная междисциплинарная наука, целью которой является объединение биологии и мехатроника (электрика, электроника и механика инженерия). Он также охватывает области робототехники и нейробиологии. Биомехатронные устройства охватывают широкий спектр приложений: от разработки протезов до инженерных решений, касающихся дыхания, зрения и сердечно-сосудистой системы.
Биомехатроника имитирует работу человеческого тела. Например, необходимо выполнить четыре разных шага, чтобы можно было поднять ногу для ходьбы. Сначала импульсы от двигательного центра мозга отправляются в стопу и мышцы ног. Затем нервные клетки в стопах отправляют информацию, обеспечивая обратную связь в мозг, позволяя ему регулировать группы мышц или величину силы, необходимую для ходьбы по земля. В зависимости от типа поверхности, по которой ходят, применяются разные величины силы. Затем мышечное веретено нервные клетки ноги ощущают и отправляют положение пола обратно в мозг. Наконец, когда ступня поднимается для шага, сигналы посылаются в мускулы ноги и ступни, чтобы она опустилась.
Биосенсоры используются для определения того, что пользователь хочет делать, или их намерений и движений. В некоторых устройствах информация может передаваться с помощью нервной системы или мышечной системы пользователя. Эта информация связана биосенсором с контроллером , который может быть расположен внутри или вне биомехатронного устройства. Кроме того, биосенсоры получают информацию о положении конечности и силе от конечности и исполнительного механизма. Биосенсоры бывают разных форм. Это могут быть провода, которые обнаруживают электрическую активность, игольчатые электроды, имплантированные в мышцы, и наборы электродов с нервами прорастает через них.
Назначение механических датчиков - измерять информацию о биомехатронном устройстве и передавать эту информацию биосенсору или контроллеру.
Контроллер в биомехатронном устройстве передает намерения пользователя исполнительным механизмам. Он также интерпретирует информацию обратной связи для пользователя, которая поступает от биосенсоров и механических датчиков. Другая функция контроллера - управлять перемещениями биомехатронного устройства.
Привод - это искусственная мышца. Его работа - создавать силу и движение. В зависимости от того, является ли устройство ортопедическим или протезным, исполнительным механизмом может быть двигатель, который поддерживает или заменяет исходную мышцу пользователя.
Биомехатроника - это быстро развивающаяся область, но на данный момент очень мало лабораторий, которые проводят исследования. Shirley Ryan AbilityLab (ранее Реабилитационный институт Чикаго ), Калифорнийский университет в Беркли, MIT, Стэнфордский университет и Университет Твенте в Нидерландах являются лидерами исследований в области биомехатроники. В данном исследовании выделяются три основных направления.
Необходим большой анализ движений человека, поскольку движение человека очень сложное. MIT и Университет Твенте работают над анализом этих движений. Они делают это с помощью комбинации компьютерных моделей, камер систем и электромиограмм.
интерфейсов, позволяющих биомехатронным устройствам соединяться с мышцами. системы и нервы пользователя для отправки и получения информации от устройства. Эта технология недоступна в обычных ортопедических и ортопедических устройствах. Группы из Университета Твенте и Университета Малайи делают решительные шаги на этом факультете. Ученые разработали устройство, которое поможет вылечить жертв паралича и инсульта, которые не могут держать ногу во время ходьбы. Исследователи также близки к прорыву, который позволит человеку с ампутированной ногой управлять своей протезной ногой через мышцы культи.
Хью Херр - ведущий ученый-биомехатроник в Массачусетском технологическом институте. Герр и его группа исследователей разрабатывают сито интегральную схему электрод и протезы, которые приближаются к имитации реальных движений человека. Два протеза, которые в настоящее время создаются, будут контролировать движение колена, а другой - жесткость голеностопного сустава.
Как уже упоминалось ранее, Герр и его коллеги создали роботизированную рыбу, которая приводится в движение живой мышечной тканью, взятой из лягушачьих лап. Роботизированная рыба была прототипом биомехатронного устройства с живым исполнительным механизмом. Рыбам были присвоены следующие характеристики:
Новые медиа-художники в UCSD используют биомехатронику в произведениях перформанса, таких как Technesexual (дополнительная информация, фото, видео ), перформанс, в котором используются биометрические датчики для соединения реальных тел исполнителей с их аватарами из Second Life и Slapshock (дополнительная информация, фото, видео ), в котором медицинские Блоки TENS используются для исследования интерсубъективного симбиоза в интимных отношениях.
Спрос на биомехатронные устройства находится на рекордно высоком уровне и не показывает никаких признаков снижения. С ростом технологического прогресса в последние годы исследователи-биомехатроны смогли сконструировать протезы конечностей, которые способны воспроизводить функции человеческих придатков. Такие устройства включают «i-limb», разработанный протезной компанией Touch Bionics, первый полностью функционирующий протез руки с шарнирными суставами, а также PowerFoot BiOM от Herr, первый протез ноги, способный имитировать мышечные и сухожильные процессы в человеческом теле. Биомехатронные исследования также помогли дальнейшим исследованиям в направлении понимания функций человека. Исследователи из Карнеги-Меллона и штата Северная Каролина создали экзоскелет, который снижает метаболические затраты при ходьбе примерно на 7 процентов.
Многие исследователи биомехатроники тесно сотрудничают с военными организациями. Министерство по делам ветеранов США и Министерство обороны выделяют средства различным лабораториям, чтобы помочь солдатам и ветеранам войны.
Однако, несмотря на спрос, биомехатронные технологии борьба на рынке здравоохранения из-за высоких затрат и отсутствия включения в страховые полисы. Херр утверждает, что Medicare и Medicaid в частности являются важными «прорывом рынка или маркет-мейкерами для всех этих технологий», и что технологии не будут доступны для всех, пока технологии не достигнут прорыва. Биомехатронные устройства, хотя и усовершенствованные, все еще сталкиваются с механическими препятствиями, страдая от недостаточного заряда батарей, постоянной механической надежности и нейронных связей между протезами и телом человека.
