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居家康复--柔性机器人技术

2021.06.18


居家康复近年来成为研究热点,它可以有效减少患者的临床并发症,并加快患者的神经功能恢复。除此之外,花费较少的家庭远程医疗计划也已成为临床医生克服脊髓损伤患者依从性问题的一种可靠途径,这些远程医疗计划可以减轻脊髓损伤给医疗保健系统带来的沉重经济负担。



有这样一种神奇的机器人,它可以做到这样……



像藤蔓一样自生长,柔软的身体延伸运动到各种角落;    或者像章鱼一样,整个身体没有任何硬性的结构组织,就像《超能陆战队》里的大白;





柔性机器人 “Octobot”


哈佛大学的研究者们此前展示了他们的最新研究成果:一款章鱼形状的完全柔性机器人 “Octobot”。这款机器人全身都由软软的柔性材料构成,不需要外接动力,自己就能运动起来。浙江大学的李铁风教授及其他研究人员此前在《Science》发表了一篇名为《Fast-moving soft electronic fish(快速移动的电子鱼)》的文章,阐述了他们研发的一种柔性机器人,柔性的特征使得这条“电子鱼”得以在狭小的空间内航行,拓宽了它们能够行驶的空间。



基于折纸设计的柔性机器人




水凝胶材质的软体机器人


MIT的一个研究团队就做了尝试性的试验,他们用 3D 打印和激光切割打造出水凝胶的外壳,实现“身体”的“柔韧性”,然后通过液压驱动的方式驱动机器人的运动。
再就是通过一些特殊的材料来打造类似于人造肌肉的材料,像电子动力聚合物(EAP)、形状记忆合金这样的物质都是人造肌肉的良好材料,以形状记忆合金为例,它可以根据温度自动改变形状,并且能够记住这些形状,实现弯曲、变短、抓取物体等动作。



除此之外,还有一种新兴的功能材料室温液态金属,这种材料在 电、磁、力、热的作用下,可以在不同的形态和运动模式上任意切换。中国科学院理化技术研究所研究员、清华大学教授刘静在其撰写的室温液态金属综述文章中也曾写道,“液态金属可变形机器效应的发现,有望促成柔性机器理论与技术取得重大突破。”


柔性机器人技术在居家康复中的应用


手臂和手部功能受损是导致颈脊髓损伤后失去独立性的主要因素。即使是上肢运动恢复很少,也能改善很多功能。患者通常将手部功能障碍视为优先解决的问题。当前已经加快可变形手套装置的开发。在家庭和社区自我管理手部疗法的过程中,柔性机器人手套是很有发展前景的设备。

脑卒中参与者在使用机器人手套治疗后,包括日常生活活动能力评定表现在内的多个指标均得到改善。

康复机器人手套的诞生,给手功能障碍者带来了福音!是患者早期康复且能完成功能性动作的智能化手指康复系统;它不仅适合于所有手部功能受限的患者,而且适合所有康复阶段的患者,也适合所有治疗体位的患者完成完整的手部康复训练。



康复机器人手套应用创新的柔性机器人技术和神经科学、运动再学习理论,促进患者脑部神经损伤的康复,提高患者手部活动能力,帮助患者进行手指屈伸,降低患侧手肌张力,缓解关节水肿和僵硬,加快患者手功能康复进程。


康复机器人手套通过仿生气动人工肌肉驱使手指关节活动,使手指痉挛、麻痹、瘫痪等症状得到极大的改善。它安全、轻便,告别了以往冰冷的康复机械结构;同时,康复机器人手套体积小、重量轻,可以让患者更早地进行卧床康复训练,提高早期康复效果。
  

研究表明,对慢性脊髓损伤患者进行为期12 周的居家强化治疗可显著改善手功能,并在随访6周后依旧未观察到功能减退现象。类似的以柔性手套为核心的居家康复方案可以为没有定期接受治疗的出院患者提供一种负担得起的和容易获得的康复手段。


居家康复作为一种潜在的未来康复模式已广泛出现于脊髓损伤后多种并发症相关的研究中,可监测康复进展并对治疗或生活方式进行远程干预,弥补了传统居家康复的不足,对改善疾病功能预后和不断修正康复方案具有重要价值。




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