省康复辅具技术中心与健行仿生公司合作装配智能电动假肢
“穿戴传统假肢时,我要绷直了腿迈步,把假肢甩出去,不然就会摔倒,所以走路时一起一伏。现在穿戴智能电动假肢,不用这么麻烦了。”1月7日,在湖北省康复辅具技术中心试样室,因车祸导致左大腿截肢、穿戴传统假肢10多年的张钰,在试穿戴深圳健行仿生技术有限公司的智能电动假肢后说。
当天,健行仿生公司两名工作人员来到省康复辅具技术中心,帮助张钰试穿戴智能电动假肢。该中心组织技术质量科、假肢矫形服务部技术人员现场学习,观察张钰试穿戴智能电动假肢后的行走步态,与健行仿生公司工作人员交流。
智能电动假肢具备“肌肉”和“神经”
健行仿生公司销售经理胡兰告诉湖北日报全媒记者,张钰试穿戴的是该公司开发出的第十代智能电动假肢机器人,该公司负责人孙小军已穿戴同样的假肢一年。
孙小军与武汉颇有渊源。孙小军是贵州人,9岁那年,他打篮球时扭伤脚踝,同时检查出骨髓炎,最终截肢治疗。之后,他读书异常刻苦。2006年9月,20岁的他拄着双拐,来到华中科技大学材料科学工程学院材料成型及控制工程专业就读。本科毕业后,孙小军获得奖学金,到日本留学。
2011年,孙小军安装了假肢,他感觉很费力,上下楼梯很不方便,有时候走快一点还会摔倒。“可不可以把智能机器人的技术用在假肢上?”孙小军萌生了一个念头:自己做一款轻便、智能的假肢。他放弃了在索尼公司年薪40万元的工作,进入东京大学人形机器人实验室攻读博士。经过研发队伍的努力,他们设计的第三代样机有电机驱动、控制器和感应器,能够随着人体变化做出相应反馈。
2018年,读完博士的孙小军回到深圳创办健行仿生公司。使用者、研发者、创业者的三重身份叠加在孙小军身上,他希望用自己的专利技术帮助到更多需要假肢的人。2019年,他在香港创业大赛上荣膺总冠军,获得10万美元奖金;2021年10月15日,团队的匠心之作“BionicM智能电动假肢机器人”首发。作为康复辅具类器械,2021年10月,该产品获得民政部国家康复辅具质量检验检测中心颁发的合格证。
这款产品内置了角度传感器、六轴力传感器、陀螺仪和加速度传感器、微处理器以及蓝牙,相比第九代智能假肢机器人更加安全稳定,采用了运动能回收技术、肌肉仿生技术、仿生核心算法、技能学习技术等,使得使用者跑步、上台阶等伸缩运动更加便捷,并且智能电动假肢机器人可以学习使用者的行走习惯,从而达到“人机合一”。
相比于传统的假肢,智能电动假肢具备了“肌肉”和“神经”,通过感知系统可以知道哪个时间给腿部合适的力量,也能识别使用者的意图,如走快走慢、步幅大小等,让行走更加轻便。
据了解,第十代BionicM(健行仿生)智能电动假肢机器人每套售价31.8万元起,前八名用户优惠价21.8万元。而国际上的同类产品价格为每套80万元人民币。
3D打印技术与人工智能技术的融合应用
智能电动假肢的接受腔既可以用传统方式来做,也可以使用3D打印技术来制作。省康复辅具技术中心计划与健行仿生公司寻求合作,尝试将3D打印技术与智能关节完美结合,实现假肢的智能、轻便、透气制造,降低成本。
省康复辅具技术中心的优势是3D打印等数字化技术的应用。该中心技术质量科副科长刘万介绍,在国内康复辅具领域运用3D打印技术制作假肢,省康复辅具技术中心是先行者,3D打印类辅具已获得国家实用新型专利证书6项,软件著作权1项,国内辅具设计大赛奖2项。目前,该中心制作的3D打印一体化小腿假肢售价1.5万元。
3D打印假肢,首先对患者进行光学三维扫描,快速精确获取患者数字化模型,然后运用专用假肢矫形器设计系统,为残肢承重全接触三维数字化精准建模,计算机辅助设计产品结构,形成适合3D打印精确化数字模型,使用3D打印机打印假肢,并进行打磨。
2015年,省康复辅具技术中心引进了华科三维的3D打印技术,在全国率先使用3D打印技术设计制造康复辅具。刘万率领技术团队突破假肢设计、制造、材料选择等重重难关,研发出新型假肢等康复辅具,目前已有70余名残疾患者试用,并连续五届在中国国际康复辅具博览会上,受到国内外专业人士的肯定和广大残障人士好评。
中心科研团队利用3D打印技术可以制造出任意微型复杂结构的特点,自主研发设计多层透气微孔、镂空点阵等立体结构,并将其应用于康复辅具设计制作中,不仅解决传统假肢穿戴不透气的历史难题,还借助有限元分析,在保证结构强度的条件下实现产品的轻量化设计。该中心制作的3D打印假肢颜色、图案、花纹可实现个性化定制,另外,服务对象的模型数据留存在系统中,便于二次制作。
省康复辅具技术中心技术质量科负责人施望喜表示,一条成功的假肢需要精准的接受腔匹配智能关节,中心有完善的数字化设计制造系统,期待与健行仿生公司寻求更多的合作;满足伤残朋友对美好生活的向往和追求,让他们有安全感 、获得感、幸福感,以推动康复辅具事业高质量发展。
(湖北日报全媒记者 李光正 通讯员 张倩)
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