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想移動這個茶杯? 意念能控制外骨骼系統來動作。

想移動這個茶杯? 意念能控制外骨骼系統來動作。Credit: flossyflotsam@flickr   CC BY 2.0

意念透過訊號傳遞

「想要」的這個意念,在生活中,主宰著身體的每個作動。例如說: 「我想喝茶」,於是腦部發出命令,經由神經傳遞訊號到達肌肉,接著肌肉動作,去拿茶杯,張開嘴,喝茶。這一連串「動作」的發生,靠得就是神經將腦部的意念傳遞訊號到肌肉去作動。當身體的這個機制遭到破壞,訊號雖然可以傳遞,但是肌力不足或其他神經傳導的缺失,動作就無法完成。

義肢能靠意念來控制

還記得生醫人網摘介紹過,「歷史上首例-用「意念」控制雙臂義肢 」同樣的道理,如果將這套模式應用在下肢,搭配上動力設備,會是怎麼樣的情形呢?以後我們不用走路,只要腦袋裡想說要走路,機器就幫我們把腿抬起來走路。這樣的發明,不再只是滿足人類對於意念的幻想,在醫療上,可以幫助下肢不便的患者行走;在工業上,也能突破人類的體能限制,幫助搬運工作。

醫療用外骨骼系統

Cyberdyne,這間日本的機器人公司,就開發了這種概念的產品。一款名為HAL (Hybrid Assistive Limb)的下肢外骨骼裝備,更精確的說是HAL for Medical Use,近來獲得美國食品衛生管理局(Food and Drug Administration (FDA))核准,民眾可透過授予核准的醫療機構,取得使用的資源。簡而言之,HAL是一個具有動力的下肢骨骼裝備,使用者把雙腿套入這個裝備,將感測器貼在肌肉上,這些感測器用途在接收腦部傳來區動肌肉動作的訊號;HAL將這些訊號轉做為區動裝備的命令,讓裝備動作,增加穿著者的下肢力量和穩定性。HAL for Medical Use的目標使用群為下肢需要復健的患者,而它和其他同類下肢復健產品的相較的差異,在於HAL的動作,不僅是機器控制,同時混合有機器的自動控制和穿戴者透過神經傳導訊號的自主控制。這在日本,已經有兩年的醫療應用經驗。

互動式訊號反饋

這類混合「機器自動控制」和「穿戴者自主控制」的機制,在反覆運作後,機器透過學習,完成一個神經傳導-機器動作的迴圈,幫助患者移動下肢。。當下肢肌肉動作和腦部神經失去連結,HAL可以攔截腦部命令的訊號,啟動馬達來幫助患者行走;患者透過這樣的方式行走,學習把肌肉動作和腦部命令連接在一起,形成「互動式生物反饋迴路interactive biofeedback loop」,增進和再生下肢動作的功能。

美國的Jacksonville, Florida,將有個控制治療中心,提供患者HAL for Medical Use的使用資源。致於非醫療上的應用,目前在日本才有機會使用。獲許是考量成本和資源取得不易,在工業界並未聽聞使用的案例。有興趣嗎?也想想是否還有其他的應用?

文章參考:IEEE
影片來源:The Japan Times
圖片來源:flossyflotsam@flickr   CC BY 2.0


作者簡介

BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。