半机械人（Cyborg）是指用机械替代人的器官的类似人的机器人。赛博达因（Cyberdyne）公司开发的机器人服装HAL（Hybrid Assistive Limb）尽管不是直接在体内安装机械，但是同半机械人一样，能够按照穿戴者的意志活动，达到人机一体化的效果。这种机器人已经应用于减轻医护人员的身体负担、治疗大脑或者神经产生异常而导致身体瘫痪的患者等。让我们来看看HAL令人惊叹的使用效果吧。
一提起穿戴在身上的机器人，就让人想到搬运重物时为减轻身体负担而使用的那种机器人。如果使用机器人服装HAL（Hybrid Assistive Limb）搬运重物，当然可以减轻身体的负担。但是HAL不单单是为了减轻作业负担的机器人。
脊髓损伤等身体无法自由活动的人如果穿戴上HAL的话，就能够按照自己的意志活动身体。更进一步说，通过穿戴HAL按照自主意识反复运动，可以达到改善身体功能的目的。
机器人按意志动作吗？
HAL最大的特征是人机一体化，按意志动作。HAL不是在体内直接植入机器，但是为什么像半机械人那样，大脑和机器能协同动作呢？我们首先来探讨一下HAL的动作原理。
我们活动身体时，从大脑发出使肌肉动作的指令——电信号（生物电位信号）。这种电信号通过神经传递给肌肉，就能使肌肉动作。实际上，此时皮肤表面也产生微弱的电信号。HAL通过生物电位传感器，就能够检测出这微弱的电信号。以检测出的电信号为基础，通过把握住大脑发给肌肉的指令，就能按穿戴者的意志控制HAL。另一方面，也可以编制提前准备好的动作程序，像操作机器人那样使HAL动作。实际上将上述两种功能结合起来，就可以像半机械人那样，进行人机一体化的动作。这个原理被称为“自主控制”。
如此通过HAL的辅助，减轻搬运重物等作业带来的负担就非常简单了。据HAL的开发者、日本筑波大学系统信息研究中心山海嘉之教授说，HAL不但可以减轻作业时的负担，还有很大可能治疗脊髓受伤或者是脑卒中、不能随意活动身体的患者，改善身体的功能。那么，使用HAL进行治疗到底是怎么回事呢？
大脑适应身体的活动
如果脊髓或者大脑有障碍，大脑发出的指令不能正确传递给肌肉，身体就无法正常动作。此时不光是大脑发出的电信号无法顺利传递，还有可能向肌肉传递无用的电信号。但是即使是在这种情况下，部分神经中也会有使肌肉正确动作的电信号通过。
据说装在HAL上的人工智能设备可以把通过生物电位传感器检测出的电信号中无用的电信号、噪声等去除，只读取大脑产生（使身体动作的）的电信号。在身体表面，只要能检测出使身体动作的微弱电信号，HAL就可以按人的意志行动，辅助行动困难的身体完成动作。这种使用HAL进行治疗的方法与一般的康复训练（比如像用人手来帮助暂时不能活动的部位进行活动）在根本上是不同的。
实际上，我们活动身体时，感觉神经会给大脑发送“肌肉动作了”的感觉信号。如果使用HAL，身体瘫痪者的大脑也能收到“肌肉动作了”的感觉信号。反复上述动作，大脑中神经细胞之间的联系加强，逐渐适应身体的动作。据说通过这个机制，可以逐渐改善身体的功能。
利用HAL改善身体功能的原理
想要活动身体时，大脑就会发出电信号的指令（1）。电信号通过神经发送给肌肉（2）。此时，在皮肤表面也会产生微弱的电信号。通过HAL的生物电位传感器，检测出这微弱的电信号（3）。从检测出的电信号预测大脑指令的肌肉的动作，使HAL外骨骼结构做出一体化的动作。于是，大脑就会收到“按照指令进行动作了”的信息（4）。通过重复以上过程，大脑就会不断适应身体的动作，从而逐渐改善身体的功能。
在整个欧洲，HAL作为医疗器械已经全部通过认证。另外，在德国，使用HAL治疗、改善身体功能已经被纳入公共意外险。临床使用证明，脊髓损伤但自己可以站立的患者，或者步行困难的人等，在实际使用HAL进行治疗几个月之后，就可以改善身体功能，不再使用HAL，仅仅依靠拐杖即可轻快地步行。
在日本，虽然已经有将近400台HAL用于医疗、福利等机构，但是现在作为医疗器械还未得到认可。如果顺利，估计2015年年底到2016年年初就可以得到医疗器械认证，并在2016年年中左右适用于医疗保险的治疗。
利用各种外骨骼机器人的日子不远了
除了应用于治疗的HAL之外，为了减轻操作重型装备时的身体负担，全身装备型HAL的研发也如火如荼。广泛使用外骨骼机器人的日子应该不远了吧。
请 登录 发表评论
赞(-1)
