复健机器人医疗新助力.doc

HRP2，不但能煮飯、打掃，還會模仿人類做家事。為仿生科技的應用。 仿生蝗蟲機器人。根據蝗蟲跳躍的仿生學理論設計，由連桿機構實現對蝗蟲腿部的仿生設計，以較小功耗實現跳躍。可像蚱蜢跳躍的機器人這款機器人運用類似跳蚤、蚱蜢的機制來儲存能量，靠一個微型電池和電動機給2個彈簧充電。這2個彈簧可以迅速釋放能量，實現強有力的跳躍和超迅速的加速，每充電3秒就可進行高達320次跳躍。這些微型跳躍式機器人可以裝配太陽能電池，實現跳躍間的反複充電，通過一只“蟲王”就可以控制一大群機器昆蟲，由它以接力形式把控制指令傳送給每個機器昆蟲。可以應用在戰場上完成偵察、運送物品，或在其他星球進行探路。仿生蚱蜢跳躍機器人是完全模仿蚱蜢後腿生理跳躍功能，利用四桿機構對其進行模擬還原，以確保跳躍時能獲得良好的力學特性。這款機器人的設計制作，為研究跳躍類機器人的能量存儲、彈跳力學、機構仿生、自動控制提供了一個實驗載體。中風，脊髓受損，多發性硬化症的患者、腦性小兒麻痺或其他一些神經系統的疾病患者在進行傳統治療時，都必須有人扶持，然而這個扶持動作卻限制了患者的行動。而今最新發展，一225公斤重、有輪子的機器人會在患者走路時緊跟在後，保護裝置防止患者因為腳步不穩而跌倒，同時讓患者有較大動作的空間，做一些較困難的動作，探索自己的極限。3另一發展的Lokomat機器人，應用於患者步態訓練，以動態的低慣性懸吊系統精確地減輕患者體重，並使患者在最佳感覺刺激下走出合生理特點的步子。通過直接安裝在動力裝置上的力轉換器增加了測量患者活動能力的功能，而且可以使步態援助水平得到調整，使導引力從零到最大範圍進行調節，以適應每一條腿的鍛練。完整的生物反饋系統監測患者的步態並且提供即時視覺化的運動反饋以提高患者訓練的積極性。且有評估和訓練進程文檔系統，測量紀錄，以達復健最大效率。4學界研究機器人已許多年，但機器人至今仍無法隨心所欲行動，所以要向上帝學習，只要能揭露一些自然的奧秘，人類就能藉由仿生技術，克服機器人發展的限制，於是仿生機器人在這樣的脈絡下發展出來。仿生其實就是仿照生物的種類、構造與原理，創造出有如生物，而且更具效率的機構。英國科學家則藉由老鼠的大腦取出細胞，培養出十萬個會學習的神經元，並與機器人結合，創造出類似電影中瓦力的戈登機器人，以上這些都是名副其實的仿生機器人。 歷經過戰爭空襲和地震摧殘的日本，研發出多款蛇形與蠕蟲形狀的機器人，目的在克服人形與輪形機器人無法在廢墟與地勢顛簸的空間中作用的限制。研發團隊發現，只有設計出能夠爬行與鑽探的機器人，才能在災後倒塌的建築物或礦坑災變時，肩負起偵探生命跡象與救援的角色。美國從2002年後，開始注重仿昆蟲外形與功能的機器人研發，主因是美軍希望從伊朗區域的山洞中找出恐怖分子，考量地形、環境限制與軍隊安全等因素，希望能有隱匿性高的機器人，得以進入沙漠與岩壁擔任偵察任務。 人機介面，為人與機器溝通的介面，但其是很難建立的。因為，人與人溝通很容易，但人要叫機器人去做事卻很困難，原因在機器人聽不懂人話，簡單的程式雖可以完成簡單的行為，但若是要達成複雜細膩的動作，必須強化各項系統的設計與整合。若用聲音控制機器人，因每個人的聲音強度不同，同一句話，不同的人講就有不同效果，所以做出來的機器人還無法辨識語意中細微的差異，除了聲音感應器設計上不容易外，要研製很多可以辨識人臉、認出主人的機器人，主要的視覺辨識技術，很容易受到光線亮度、陰影、色系差異的影響，要即時正確地辨識出主人也是難度極高的技術。 仿生可以分成元件、系統與材料三個面向。美加地區合作研發的六足機器人RHex與柏克萊大學的壁虎機器人Stick bot，都藉由學習生物運動行為，發展出靈活的行動的機器人，這過程就是在建置一套仿生系統。而鼠腦機器人戈登的腦部開發，則側重在仿生元件的研究。 以往人類會經由創造類神經網絡，嘗試理解生物思考運作的邏輯，但現在科學家利用鼠腦的自然腦部網路組織，直接研讀腦波訊號，無須再創造新的架構，還可以取代模擬大腦的浩大工程。但生物的腦神經仍然十分神秘與複雜，即使我們開始探索自然智慧與打造人工智慧，但並不表示已經能夠創造大腦。目前人類只能由大腦研判出一到二成的訊息，而這些訊息內容也僅是簡單動作與淺層意識，想要設計出能縝密思維與動作準確度高的機器人，礙於現行技術，機器人文明社會的產生仍有一大段路要走。 機器人戈登，腦部擁有5到10萬個神經元，成為全球第一個利用活體腦組織控制的機器人。這顆生物頭腦的神經元，是從老鼠胚胎的神經皮質取出，胚胎裡包含了載有60個多電極陣列，可以讀取細胞產生的訊號，科學家再透過藍牙無線傳輸，即可透過MEA操控機器人動作。 研究人員先從老鼠胚胎中取出神經細胞，浸在酵素加以分離，然後放置於培養基，每隔幾天就用含有蛋白質的營養液餵這些組織，讓神經成長，經過24小時後，神經之間就會開始相互連接，一周就能產生類似腦部神經的活動。再把神經組織置於由60個電極組成的MEA上，讓MEA成為機器與活組織的聯繫介面。簡單來說，機器人腦部輸出的電力會透過MEA接收，並轉換成超音速聲納傳達，聲納訊號會轉換成行動指定，讓機器人的輪子前進、左轉或右轉，動作都是取決於信號內容，戈登還可以在其他物體靠近時傳回信號，讓機器人做出閃避反應。鼠腦機器人展示了簡化版的人腦運作過程，科學家可以任意觀察和控制腦神經活動的基本特徵，有助於解開人腦記憶之謎。科學家推測，老鼠和人類智力上的差異，主要歸因於腦神經元的多寡，而不是性質的差異，而當生命科學技術的介入，生物腦機器人作為生物體與機械裝置的混合體，是應該作為生物體，還是作為機械體對待？如果未來人腦機器人問世，它是否應該具有人類的權利？這些涉及到倫理的問題讓科學家們頗為頭痛。5 參考文獻3 http:/bme.mc.ntu.edu.tw/robotics/research.htm 4.tw/hocoma/全自動機器人步態訓練與評估系統.htm5 http:/www.ncu.edu.tw/newscontent.php?tid=8145