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一张图解读BionicM智能动力假肢的功能

2022-07-01 14:13:42

经常会有用户问到,BionicM智能动力假肢和现有的智能假肢到底有什么区别?


目前,市售高端假肢名称五花八门,有的叫智能假肢,有的叫仿生智能假肢等,其实都是电子控制式假肢(英文Microprocessor Controlled Knee,简称MPK)。这类假肢主要通过控制液压或磁流变能实时调整假肢受力状态下的缓冲阻尼,膝关节突然弯曲时可获得被动缓冲,从而减少摔倒(左图)。智能动力假肢(英文名Powered Knee),顾名思义就是具备动力系统的假肢,除了具有缓冲阻尼外,还可以主动弯曲主动伸展膝关节,给用户提供助力完成各种动作(右图)。

这两种假肢最大的区别为是否具备动力,正是这个动力会给用户的日常生活带来不同的体验与便利。

下面一张图解读传统智能假肢与BionicM在各个场景下的差别。

 普通行走VS助力行走

行走,是人类本能,更是截肢者的迫切需求。假肢的意义在于代偿失去的功能,让截肢者可以行走和活动,但如果这是以健肢负担和身体劳损作为代价,这样的代偿无异于拆东墙补西墙。我们常看到很多假肢用户在行走时,习惯健肢踮脚,步态不够自然,这主要归咎于以下两个因素:①假肢从一个摆动周期开始时的屈曲角度,②假肢在整个摆动周期中的伸直速度

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▲传统假肢用户走路习惯健肢踮脚(图片来源:网络)


传统智能假肢用户在行走时,残肢发力带动假肢,假肢摆动靠惯性作用,导致假肢伸直较慢。为了解决假肢伸直太慢的问题,假肢设计者们不得不减小假肢的摆动幅度,导致传统智能假肢仅有30°-35°的狭窄屈曲角度,而人体自然行走时一般具有60°-65°的标准屈曲角度,这是步态不够自然的第一个原因。

穿戴假肢行走,是健肢和假肢不断交替行进的过程。假肢与健肢相比,摆动滞后,在摆动全周期更容易误触地面。为了避免这种风险,传统智能假肢用户只能通过健肢踮脚的方式提高脚趾离地距离(Toe Clearance)来保障安全感。久而久之,假肢穿戴者行走时对踮脚产生依赖,这是导致步态不够自然的第二个原因。

为了解决这一问题,BionicM智能动力假肢利用先端仿生科技,还原了人体自然步态60°-65°的标准屈曲角度,在摆动全周期中提供助力,使假肢更快伸直与着地,减少健侧等待时间,从而接近健肢的摆动幅度和摆动速度,达成了健肢和假肢交替行进中的平衡性和协调性。近百名截肢者的试穿表明,穿戴BionicM智能动力假肢行走步态更为自然流畅,踮脚状况显著改善,大大减轻了健肢负担和身体劳损。

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▲BionicM智能假肢助力行走

▷ 交替下楼梯VS交互下楼梯

下楼梯,乍听起来似乎不用费力,而实际上,对假肢用户而言,这是个风险较大的动作,一旦假肢意外弯曲、踩空或者打滑,很可能给用户带来安全隐患。

传统智能假肢用户在下楼梯时,一般是残肢发力带动假肢,向前踢腿到假肢伸直与残肢处在一条直线时,假肢会锁断意外弯曲,假肢触地反作用力向上传递,最终由残肢受力。假肢笔直撑向下一级台阶时,为了避免与楼梯棱角发生剐蹭,传统智能假肢用户大多以后半脚掌着地,并踩到下一台阶的前半部分及台阶棱角

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▲传统智能假肢用户交替下楼梯(图片来源:2020全球半机械人奥运会假肢比赛)

从触地平稳性看,后半脚掌着地不及全脚掌着地,若踩在前半台阶及棱角部分,还可能发生踩空、打滑,对用户存在不小的安全隐患。

BionicM智能动力假肢在设计时充分考虑了下楼梯的安全需求。模仿健肢下楼梯的自然状态,同时提供动力支撑锁断膝关节意外弯曲假肢自然迈出与台阶地面接近垂直时停止全脚掌踩在下一台阶,自然协调、安全平稳...

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▲BionicM智能动力假肢用户交互下楼梯

▷ 逐阶上楼梯VS交互上楼梯

上楼梯,对假肢用户来说可谓是高难度动作了。


传统智能假肢用户上楼梯时,往往是健肢向上攀爬假肢随后跟上,一步一停,逐阶上楼梯。期间假肢几乎毫无作为,甚至成为健肢的负担和累赘,只在健肢向上一级台阶迈步时,起到短暂支撑身体的作用。

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▲传统智能假肢用户逐阶上楼梯(图片来源:2020全球半机械人奥运会假肢比赛)

如果想更快、更安全地上楼梯,传统智能假肢用户就只能手脚并用,双手紧握楼梯扶手向上,为健肢减负。

BionicM智能动力假肢用户上楼梯,是较为容易的动作。BionicM智能动力假肢能感知用户动作和地面环境并智能调整:当用户将假肢向上抬起并落到上一级台阶时,传感处理系统会识别用户的动作意图动力控制系统会给予膝关节强大的动力,用户无需借助任何外力,便可以轻松实现交互上楼梯的动作。

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▲BionicM智能动力假肢用户交互上楼梯

▷ 借力起立VS助力起立

起立,对假肢用户也是一个挑战。看似简单的动作,却隐藏着对假肢用户身体伤害,久而久之造成关节甚至身体的劳损。

传统智能假肢用户可以完成起立动作,但因无助力,大多数用户,需借助手臂抓住椅子扶手或手撑台面站起;身体素质较好的用户,可以不借助辅助站起,实际上是健肢发力托起身体站起来的。

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▲传统智能假肢用户借力起立(图片来源:2016全球半机械人奥运会假肢比赛)

然而依靠健肢力量起立,对健肢是沉重的负担;而借助手臂力量依靠桌椅等外物起立,动作难免不够自然,还可能发生因外物滑动或结构松弛导致摔倒的风险。

BionicM智能动力假肢敏锐的动作感知与强劲的动力助力,可帮助用户实现不借助外力和外物自然起立的体验。即使是双大腿截肢用户,穿戴 BionicM 智能动力假肢,无需健肢发力、也不用手臂辅助,就能完成起立动作。

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▲BionicM智能动力假肢用户助力起立(图片来源:2020全球半机械人奥运会假肢比赛)

今天给大家介绍了这些区别,相信大家也想了解实现这些功能的技术。BionicM智能动力假肢具有“大脑”、“神经”、“肌肉”、“骨骼”,具备“仿生肌肉设计”“独特驱动技术”“人体工学设计”“仿生核心算法”“动能回收技术”五大技术。我们会在接下来几期的内容为大家一一分享BionicM智能动力假肢的硬件与技术。

往昔,假肢只是作为截肢者缺失肢体的代偿

未来,假肢或许成为截肢者原生肢体的代替

扶助残疾,助力移动,BionicM一直在努力!