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移动世界。
世界上最先进的仿生臂

看到世界上最先进的仿生手臂在工作有点令人震惊。佩戴它的人Johnny Matheny八年前将左臂失去了左臂。由于约翰霍普金斯大学的应用物理实验室,他基本上又有左手。

如果你还没有看到这一集,去做,!!然后阅读我们的采访 - 编辑为长度和清晰度 - 与APL的研究和探索开发总工程师Michael P. Mcloughlin。它基本上是仿生学的现在和未来的一站式指南。

让我们从这个开始:约翰尼的手臂是怎么工作的?

如果我有一个截肢,我想移动我的手或摇摆我的手指,那么大脑会产生那些信号,他们沿着神经行进,但一旦他们击中截肢,他们就没有地方了,因为手已经消失。

所以你能做的就是采取神经,说,曾经跑到手指,可以将其附加到不同的肌肉。所以现在当我思考时,“移动我的手指”,在我的手臂或胸部的某处不同的肌肉将合同,我可以衡量该收缩。这种外科手术称为靶向肌肉重新衰退。

医生们绘制了控制他手臂的神经,以便将信号重新传送到他的新手臂上。

有人操作的假体作为一个被截肢者,他们得到了这个过程,然后当他们认为,“移动我的手指,”一小块肌肉的胸部振动,和手臂知道,如果那块肌肉振动或移动时,那意味着它需要移动假肢的手指。实际上,这是一种我们可以与大脑沟通的方式,而不需要在大脑里植入什么东西。对于一个截肢者来说,他有一个完整的周围神经系统——这些神经是离开大脑的——目标肌肉神经再生是一个非常,非常直接的方式让他们来控制假肢。

使用仿生假体使用靶向肌肉重新生物的学习曲线是什么?

直觉控制非常重要。想想你的手在做什么,你移动手指的方式。现在假设我让你控制假肢或仿生手臂给你一个Xbox控制器上面有个小操纵杆和几个按钮,然后我告诉你,“让手臂做这个,好吗?”你很难接受这种想法——我们会非常自然地、很少集中注意力地去做——并将其转化为“我该如何移动操纵杆?”和“我该按哪个按钮?”

经验丰富的玩家可能要花上几天时间,甚至是几周或几个月的时间才能真正精通游戏。但你和我经常这样。我们移动我们的手,我们拿着东西,我们几乎没有想到它。所以这就是我们真正想要做的,就是把那种想法,那种直觉的想法,转化为假肢的行动而不需要经过这些中介,不自然的东西。

该技术允许Johnny前所未有的直观控制他的假肢臂。

我想这就是为什么很多使用模块化义肢的人说他们不把它当成机器。他们真的觉得这是他们自己的延伸,因为大脑会想,“移动我的手”,手就会以他们期望的方式移动,所以这是一件非常自然的事情。

因此,重新转化与假肢相结合意味着急需做事。他们可以感觉东西吗?

目标肌肉神经再支配重新连接了一些把感觉从手指带回大脑的神经。所以现在如果我按压那根神经所在的地方,大脑就会解释为,“嘿,我的手指在给我发信号。”截肢者实际上会说,“我又感觉到我的手指了。”不是"我感觉到手臂或胸部有东西"而是"我感觉到手指了"

目前,模块化假肢在其中有超过200个传感器,我们刚刚使用了一小部分。我们在未来真正看到的,正如我们更好的情况下,我们得到了更好的联系到大脑,就可以提供更大的数量的信号回来。

医生正在努力向Johnny的大脑发送信号。

我总是将它与互联网进行比较,因为每个人都理解互联网,对吧?回到没有人知道互联网的时候,发送短信是一个很大的交易。今天,如果我们在下载高清电影时,我们会受到沮丧。通过这种技术,我们还在发送短信;我们对大脑有很低的信息渠道。我们仍然能够与这些渠道做出显着的事情,但只要思考我们开始缩放这个时会发生什么,它上升了十倍 - 一百十万 - 我们将能够做到。

这项技术可以解决哪些其他类型的残疾?它不能只是令人沮丧,对吗?

所以我们为截肢者和脊髓损伤的人启动了这个项目,但如果你想想,人们还有哪些其他类型的残疾?中风,肌萎缩性侧索硬化症。这些人出行有困难,他们失去了视力。这些都是由于我们的身体有时不能做大脑命令的事情。

我现在长大了一点。我仍然可以认为关于做我20岁时我所做的所有事情,但我的身体再也无法做到了。这项技术正在开辟一个渠道,帮助我们帮助身体做那些事情。因此,由于我们失去了我们的力量,因为我们失去了视力,因为我们失去了听力,我们实际上可以开始取代这一点。

(a)我们失去了我们的流动性,因为我们失去了我们的力量,因为我们失去了视力,因为我们失去了听力,我们实际上可以开始取代这一点。

已经有一些显着的事情。我们有能够再次听到的耳蜗植入物的人。有视网膜假体用于有一些成功水平的失明。那些仍然很早,但我认为这一切的承诺是我们开始返回大脑。现在我们给人人造膝盖和人造臀部。很快,我们将能够让他们更多。

你为什么从仿生臂开始?

我们专注于手臂,因为手臂非常复杂,如果你想想你做的所有事情——吃饭和做饭——你需要它们。我们已经很容易地解决了轮椅和其他设备的移动问题。但是对于那些不能使用手臂的人来说,真的没有什么东西可以给他们。这就是这种先进的仿生手臂的用途。

你能谈谈重建一个更复杂的身体部位并将其连接到大脑的一些挑战吗?

有两个主要挑战。第一个能够确定大脑的意图:你想做什么,你是如何移动手臂的,你是如何定位手的。第二件事是制作一个实际上可以用手复制的设备。所以你想到所有的所有关节,都能够单独移动手指。这是一个非常复杂的系统。当你想到大小与力量时,它也很复杂:我们可以卷曲40,50磅,我们可以拿起一壶牛奶。为了能够将所有这些在一个仍然看起来像人臂的设备中,并且重视与人类臂相同的是一个非常困难的工程挑战。

医生们面临着一个巨大的工程挑战,它的复杂性和力量堪比人手。

因此,从上肢假肢的现状基本上是一个巨大的进步。

当你想到下肢假肢发生的事情时,我们争论有截肢的人是否应该在职业运动中运行,因为他们的假肢可能会给他们一个不公平的优势。你从未听说过任何人对上肢截肢者的论点。所以对我们的挑战是,我们如何从穿着钩子的水平到一个水平,他们可以通过他们的自然肢体做出的东西的水平来?

(h)ow我们从穿着钩子的水平到一个水平的人,他们可以做他们用自然肢体做的事情的类型?

我们希望对上肢假肢进行同样的论点。为了人们说,“这不公平,因为他们有一个假肢。”我们还没有那里,但很多基本技术就在那里。以及我们拥有的一个挑战是,它的人口较小,因此它没有将人们带入下肢研究的业务驱动器,或者对糖尿病患有更大的糖尿病(ED注意:糖尿病可以导致下肢的神经病变,这通常会导致截肢)。

脊髓损伤似乎与截肢不同。你能谈谈那些没有失去肢体,而是神经通路受损的人的假肢吗?

对于脊髓受伤的人来说,他们仍然可以考虑移动手臂,但现在出于某种原因——可能是身体受伤,也可能是疾病——信号不能从大脑传递到身体。这些神经仍然是亮的,它们发出微小的电信号,这些信号无处可去。信号被捕获了。

作为电气工程师,我认为这是一个破碎的电缆。所以我们在这种情况下可以做些什么,实际上将非常小的电极插入大脑的区域,例如,控制手臂。通过这样做,我们现在能够实际测量这些信号。并且通过使用计算机算法,我们可以基本上看大脑的代码并解释这组模式。这是我将在某个方向上伸出一定的方向,或者我将打开并闭上手,或者我将以某种方式摇动手指。基本上我们只是桥梁弥补。它与我们在患有令人患有的某些情况下做的事情非常相似,但在脊柱伤害案件中,我们直接到大脑。

我们想要给那种有脊髓损伤的人是自然移动手臂的能力。如果手臂在那个人旁边,她想吃巧克力吧,或者如果它在房间的另一边,那就没关系了,她想准备一顿饭。

我们想要给那种有脊髓损伤的人是自然移动手臂的能力。如果手臂在那个人旁边,她想吃巧克力吧,或者如果它在房间的另一边,那就没关系了,她想准备一顿饭。它所做的就是让她有机会超越她的身体局限,并开始以一种她不能的方式再次在世界中互动。如果你问许多这些患者他们在使用这项技术时他们正在考虑什么,他们只是说:“我正在考虑移动我的手臂。”它不是一个机械装置,它是自身的延伸。

这里有一个真正引人注目的心理组件,超越了这项技术。

我们在整个项目中的目标是恢复丢失的东西。能够伸出援手和拾取食物,以便我们可以自己养活或伸出援手,触摸另一个人对我们所有人来说都是一个巨大的东西。只想象一下,如果你不能再这样做,如果你可以与某人互动,除非他们伸出援手,否则你不能与他们进行物理互动。当突然开始回来时,你让某人能够移动肢体,或者更换丢失的肢体,这是一个强大的强大经验。

先进的假肢带来了恢复身体互动的强大能力。

经常我们将有一个令人沮丧的人说,“嘿,我正在考虑有针对性的肌肉重新治疗手术,我想进来试试手臂,看看它是什么样的。”所以我们可以做的是我们实际上可以把电极放在他们所拥有的任何残留臂肢体上。我们在多个实例中看到了我们挂钩电极并说“好的,想想弯曲你的肘部”,在几秒钟内,他们正在弯曲肘部。我真的看到人们泪流满面。就像“哦,我的上帝,我在5,10,200年内没有能够做到这一点。”它只是强大的强大。这简单的事情 - 只是弯曲他们的肘部 - 对他们来说只是一个巨大的影响。所以你只是想象我们让他们能够实际做我现在正在做的事情的可能性,这对他们来说意味着什么。

但是,胳膊看起来不像人臂。它看起来非常像一个机器人手臂。

当我们开始这个计划时,我们认为很多关于制作化妆品覆盖物的需要,以便如果我看着假肢,它实际上看起来像我的真正的手。但我们发现的是,这不是重要的事情。什么是重要的事情是它被移动和运作就像丢失的手一样。

事实上,和我们一起工作的很多年轻的军事人员都觉得有一个黑色的机械手臂是一件很酷的事情。他们不想让它看起来像天然的手臂。但最重要的是它的功能——它是一只手臂,而不是一些可以移动的机械设备。人们想要的是流动性和运动的范围以及他们失去的一切。当你把它还给别人的时候,这将是一次非常美妙的经历。我们治疗的病人是一群非常出色的男女,年龄和背景各不相同。

医生们发现,对于病人来说,功能性胜过美学。

你提到了上肢假肢的发展受到了患者数量的限制。这个约束条件是否发生了改变?

现在真正令人兴奋的是,我们已经达到了一个点——我称之为引爆点——在这个点上,我们已经开发了所有的基本能力。如果你要在10年前尝试这样做,你必须弄清楚如何制造手臂,如何与大脑交互,然后所有的算法来解释这些信息。但今天,我们拥有了所有这些,这使我们能够将这项技术大众化。我们有意将模块化义肢保持为开放装置,这样任何人都可以与之交互。例如,我们有一个假肢,你可以为它开发一个应用程序。你可以用假肢做任何你想做的事。所以不一定是对脊髓受伤的人。如果你想用它在工厂里做些什么,你可以用它。我们真正受到限制的只是人们的想象力和接入这项伟大技术的能力。

下一步是什么?这项技术什么时候才能成为截肢者和残疾人日常生活的一部分?

随着技术的发展,这主要是一个投资问题。当我们谈到截肢者时,这是一个相当小的群体。一个可以模仿人手的非常复杂的机器人设备价值几十万美元。为了开发体积和降低成本,你需要有多个应用程序,而不仅仅是假体空间。这个市场还没有发展起来。人们对此很感兴趣,但我们真的需要开发应用程序,我们可以把这项技术用于其他事情,最终降低成本。因此,我们真的需要结合进一步的技术进步,但也需要投资和商业专业知识来推动这一进程。

让自己继续前进的东西和艾伯特·奇的情况是我们伸展到这一点,这可以真正爆炸并进入家园,并在日常生活中与人们在一起。这是我们现在想要交叉的门槛。

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