智能手臂:突破人体极限

Cybathlon 2020是一项为使用仿生辅助技术的残疾人选手举办的独特国际竞赛，巴黎智能系统和机器人研究所(ISIR)的法国研究人员团队开发了“智能手臂”。专为经肱骨截肢者设计的手臂假体，即肘部以上。经过几年的研究，这种假肢的设计是一个真正的挑战，因为它涉及到创建一个假肘关节。本文回顾了这一技术壮举和人类的冒险。

由于Covid-19大流行，Cybathlon 2020将于11月13日至14日至14日 - 全球和新格式举行，在团队的家庭基地。他们将为竞争和拍摄他们的比赛建立他们的基础设施。从苏黎世，比赛将通过一个独特的现场计划中的新平台播放。

这是一个雄心勃勃的项目，以满足特定残疾人的适当需求

不太常见于前臂或手截肢，手臂截肢在很长一段时间内仍然相对不含。它被称为上述弯头截肢，或者前臂暂时的总前臂，这是因为出生而缺席。尽管这种损害主要涉及希望适合假肢的年轻人，但目前还有很少或没有合适的假肢解决方案。面对这一观察，智能系统和机器人研究所（ISIR）的研究人员于2014年推出了一项研究项目。在Agathe团队中进行了分组（援助Au Geste Et ApplicationsThérapeutiques），这些研究人员在上肢中获得了有希望的结果假体。“在2016年作为观众参加了Cybathlon的第一版之后，我们希望建立一个团队来促进我们的愿景和我们的创新，”智能手臂项目的伊斯兰教队（Isir Reseage），Isir研究官员和经理，智能手臂项目的解释说：热情的优化人类的身体。

人机联轴器

现在他们必须找到一个飞行员。在几次不成功的搜索之后，经过maxon的合作者、Cybathlon的合作者和ISIR的引擎供应商之间的讨论，找到了理想的候选者。申请人是克里斯托夫•于谢(Christophe Huchet)，他曾是巴黎几家餐馆的经理，现在是中小企业经理的培训师。他出生时右前臂发育不全，但在他的游泳生涯之后，他也有令人印象深刻的游泳生涯，作为一个多手游冠军，也在健全的竞技场上。“这个项目让我重新回到了我在游泳生涯中熟悉的竞技运动和相关动力，但这次是为了一个强大的事业:帮助他人、推动科技和社会进步。同样重要的是我参与这次活动,想要改变人们与括号看牙套的人,显示非凡的一面“user-prosthesis”夫妇和促进身体的这个联盟和技术使残疾“美丽”的方式。Christophe Huchet解释道。

为了参与Cybathlon, Smart ArM团队于2018年成立。它由一名飞行员、一名经理、一个11人的技术团队(来自ISIR和ISM-Univ Aix-Marseille)以及一个医疗团队组成。这样一个项目汇集了非常不同的研究领域，从机械电子学到计算机科学，包括神经科学和生理学，以正确地将假肢与身体连接在一起。

“我们参与Cybathlon是出于几个目的，包括促进ISIR的技术创新，并在激烈的竞争环境下进行了测试。我们还希望引起公众对这些特殊残疾的关注，同时向他们传达机器人辅助技术的真正可能性和局限性。”Nathanaël Jarrassé解释道。Smart ArM项目强调了人类在“人机”耦合中所扮演的主要角色，我们往往倾向于相信成功只取决于技术。

多个设计困难

智能手臂团队在让飞行员飞离地面时遇到了几个困难。其中最大的一项是开发一种被称为“外骨骼”的假肘关节，它与克里斯托夫·于谢的解剖结构相一致。Nathanaël Jarrassé解释说:“与截肢者的残肢不同——截肢手术通常会缩短残肢——他的手臂只有正常手臂的长度，因此为安装经典的骨内肘关节假肢留下的空间非常小。”研究人员选择横向偏移驱动，以以最佳方式放置假肘关节的轴。

但这远不是智能手臂假肢面临的唯一挑战，因为它是为Cybathlon设计的，原型必须能够承受实验室外的广泛和密集使用。因此，有必要设计一个坚固的、完全嵌入式的设备。

高机动化的约束

原型的电动化的选择是至关重要的，必须考虑几个参数。原型上使用的齿轮电机面对非常强烈的间歇性使用，带有低效率和高干摩擦的肘关节的蜗轮传动，使得起动困难。此外，在电源电压中的高波动以及相当大的冲击和振动的情况下，由于原型将被跑步和行走一直行走的主体。

需要6个月的工作来开发SAM假体的外骨骼肘关节。为了操作它，团队选择了maxon发动机。“在150°/s以上的速度下，人类弯头产生的扭矩约为15N/m。为了在小的关节和电池操作下再现这种特性，我们正在寻找一种高性能、小直径的齿轮减速电机。这就是为什么我们转向马克森的DCX-GPX电机变速箱系列，”Nathanaël Jarrassé解释道。在ISIR中，在各种研究项目的背景下，maxon电机被用于装备机器人原型并不罕见。“maxon产品的优势在于，他们提供了非常广泛的小直径执行器和具有完美识别特性的市场电机，这使得我们的设备在初步设计阶段能够获得最佳尺寸，”Smart ArM项目经理补充道。索邦大学的研究团队特别欣赏其在线制造和定制执行器的能力。马克森还利用其工程师的专业知识提供技术支持。

Smart ArM团队希望在Cybathlon 2020期间演示其技术，将允许开发的创新转化为商业产品。该公司相信，其基于身体运动的假肢控制创新方法将说服制造商进入合作伙伴关系，使最大数量的人从这项创新中受益。Nathanaël Jarrassé说:“尽管面临许多挑战，但开发帮助残疾人的技术是非常令人兴奋和兴奋的。”在整个项目中，Smart ArM团队致力于为那些想要安装设备的人开发一个有用的、可接受的和合适的工具。这是一个伟大的抱负，马克森为自己曾参与其中而感到自豪。

更多信息请访问Smart ArM网站。