北航研发脑卒中康复机器人 实现意念控制_中国教育装备采购网
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    中国教育装备采购网 2017/11/24 9:41:40 围观167次 我要分享

      脑卒中是一种危险的急性脑血管疾病,多发于中老年群体。发病后由于脑神经组织受到损伤,即使抢救回了生命,康复效果也常常难以令人满意。目前对于脑卒中的传统康复手段主要是按摩和被动器械运动。来自北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院的本科生魏彦兆带领同学研发出了“脑卒中康复机器人”,可以让病人自主控制双手运动,在运动中康复大脑中枢及周围神经系统和运动系统。

      这套系统在前不久举行的首届全国大学生类脑计算创新应用大赛中获奖。记者日前采访研发团队获悉,这套机器人系统已经在本市的部分医院投入测试。魏彦兆也已正式组建公司开启创业,他们的项目已经受到投资人的青睐。

      看《阿凡达》见识意念控制

      2014年魏彦兆考进北航,就读于自动化专业。“他是一个非常聪明而勤奋的学生,闲不住,对技术有执着的钻研热情。”自动化学院副教授李阳如此评价魏彦兆。进入大学没多久,魏彦兆就开始做一些技术上的探索。大一时,他就尝试着开发一个班级管理系统的APP软件,只可惜没有成功;大二时,他又自学机器人操作系统,在实习的时候帮助一家公司研发出了基于室内定位技术的扫地机器人,赚取了人生的“第一桶金”15000元。

      真正让他感受到大脑控制的魅力,还是上大学后看了那部经典电影《阿凡达》,“当时就觉得电影里的主人公用大脑意念控制‘阿凡达’太有意思了,我也想自己做一个‘阿凡达’。”魏彦兆对记者笑道,正是这个“异想天开”让自己和脑康复机器人结下了缘分。

      当然,研发的直接原因是魏彦兆要参加北航“冯如杯”创新创业大赛,为此,他首先想到的就是开发一个可以用意念控制的脑康复机器人。想法容易,做起来可没那么简单,魏彦兆没有生物电信号处理的知识背景,他找到了学院的李阳老师寻求指导,李阳长期从事机器学习、脑信号分析算法、脑机接口等领域的研究,“事实证明,我找对了老师,少走了许多弯路。”魏彦兆告诉记者。

      攻克“脑电帽”噪声难题

      面对研发中的难题,魏彦兆没有退却。今年1月,在导师的推荐下,他专门南下前往宁波智能制造产业研究院实习,学习脑电信号处理算法的实验设计,包括实验数据采集、信号处理、设备控制等一整套方法。

      缺人才,他就“招兵买马”在校园里寻找帮手。他找来了善于机电设计的伍翌嘉、擅长控制和算法的范家良、长于项目管理的路越和杨宗凯,还有在界面设计方面颇有心得的何政良等同学。“缺什么技术,就找什么样的人。”魏彦兆说,他庆幸自己人品不错,集结了一群志同道合、技术实力强大的伙伴,一起不断战胜各种困难。

      魏彦兆介绍,“脑卒中康复机器人”的关键是能采集、感应脑电波的脑电帽。使用什么样的材料制作脑电帽呢?他们最早想到的是用时下最热门的3D打印,但很快发现行不通,“人的颅骨形状是不一样的,3D打印的帽子形状规整,很难有效贴合每个人的头皮,这会大大影响脑电波的采集效果。”最终他们找到了电极与头皮能高度贴合的布料,制作成了脑电帽。

      最初制作的脑电帽还有一大缺陷,脑电波传输过程中的噪声污染太大,影响计算芯片的判断。经过反复调试,他们加入了静电屏蔽线,又在信号放大器中置入专门设计的电路板,解决了信号问题。

      “意念控制”还能重塑神经元

      在采访中,魏彦兆和团队成员向记者演示了“脑卒中康复机器人”的运行原理。记者戴上康复机器人的脑电帽和线驱动外骨骼手套。伍翌嘉打开电脑中他们专门设计的软件,屏幕中出现五个正方形团,中心图案中带有一个十字形的光标。

      记者用意念感知左右方向,神奇的一幕出现了,放在桌面上的那只戴了手套的手竟然随着自己的感知发生了移动。“你在通过‘第三者’方式用大脑控制你的手,‘第三者’就是机器人。”魏彦兆说,整个机器人中脑电帽有9个接触点,分别对接大脑中的左右手功能区,运行时,这9个接触点会采集人的脑电信号,然后通过放大器传输给计算机,计算机对脑电信号进行处理识别,然后通过单片机下命令,驱动手套外骨骼进行相应的运动。对于那些脑部受到损伤,不能够全部支配自己肢体的人来说,这样的意念控制能帮助他们最大限度提升自己的生活自理能力,减轻家庭成员的负担。

      其实效果远不止此。在李阳的指导下,魏彦兆和团队的伙伴们发现,这种“意念控制”竟然还能逆向起作用。他们通过与北京部分康复医院合作进行临床观察发现,使用了康复机器人的脑卒中病人,其脑部受损区域神经元之间的连接竟然可以再生,“这意味着机器人可以帮助脑卒中患者进行脑部康复治疗。”而在此之前,脑卒中患者的康复临床治疗大多只是外周神经干预方式,康复也只是进行肢体恢复,并不直接涉及大脑。

      未来要打造康复云平台

      魏彦兆告诉记者,将脑电控制技术应用于教育、娱乐等领域已经不新鲜,但是在临床医疗上的应用还比较少,这让他“嗅”到了商机。今年8月,他们正式在工商部门注册成立北京棋弈智能科技有限公司,着手进行“脑卒中康复机器人”的创业。

      到目前,魏彦兆的公司已经建立了技术部、市场部、文化发展部、法律部等,形成了完整的架构,员工总人数超过了40人,其中人数最多的技术部就占了30余人,“这些伙伴都是我的同学,我们全凭一腔热血在打拼,没有报酬。”他说,大家忙到深夜是常事,就为了项目能精益求精。

      采访结束后,魏彦兆又赶着去朝阳区工商局办理股份确认手续。魏彦兆说,他们要进一步完善商业计划书,确定公司的账目、预算等。许多创业公司一上来就要融资,魏彦兆却表示他并不着急,“我做的是医疗事业,是要长远发展的,不能操之过急,一定要让整个团队沉淀下来,成熟起来,进一步做好临床测试。”

      已经进入大四的魏彦兆目前还在全力备战研究生考试,他想跟着李阳老师再多学一些,让自己的脑卒中康复技术再成熟一些,造福更多的患者。魏彦兆还有一个心愿,除了硬件外,要打造一个大数据云计算平台,建立大数据库,利用数据构建脑损伤康复治疗的模式规范,用于康复甚至是脑卒中的日常预防。

    来源:北京晚报 责任编辑:张肖 我要投稿
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