《阿凡达》背后的科学

据美国《大众机械》杂志报道,好莱坞大导演詹姆斯.卡梅隆执导的最新科幻大片《阿凡达》正在全球热映。实际上,卡梅隆还是美宇航局的科学顾问,参与研究用于火星探测任务的相机。他对待科学的态度素来严谨,     

能够从人体获得能量的超能衣服

时尚至少用一只眼睛盯紧未来。现在，澳大利亚的研究人员正在设计一种能够从人体获得能量的衣服，穿上它就可以为你的手机、MP3播放器和增强力量的“外骨骼”支架充电。     

欠驱动式外骨骼手指康复机器人的设计和仿真

本文提出一种新的基于脑电信号控制的外骨骼手指康复机器人系统,该系统主要由外骨骼手指康复机器人、脑电信号系统(EEG)、肌电信号系统(EMG)、人机交互系统、电机控制单元、相关传感器和工作站组成.患者通过外界的视觉刺激产生脑电信号,工作站经过对这些信号采集和处理后传递给电机控制单元控制,并驱动电机实现穿戴在患者手上的外骨骼手指机器人运动,辅助其完成康复训练.该机器人主要采用欠驱动的方式,由安装在手背处的电机带动同步齿形带传动机构实现机器的三个关节的弯曲和伸展运动.文章主要利用UG软件对手指机器人进行设计和ADAMS软件进行运动仿真.根据机器人运动轨迹和机器人末端的运动参数曲线可以看出该手指机器人具有运动平稳,不存在运动死点等特点,且机器人能满足人体手指的运动要求,符合人体工学的设计特点,仿真实验证明能够辅助患者进行重复性康复训练.     

基于卡尔曼预测的外骨骼摆动腿随动控制研究

针对一种双关节驱动助力外骨骼机器人中人机交互系统所获取的传感器信息滞后于人体运动意图,从而造成执行机构无法及时跟踪摆动腿的运动,导致无法提供助力的情况,运用卡尔曼滤波算法对采集到的下肢运动信息进行运动意图预测,以弥补延时。利用采集的步态周期数据进行控制仿真实验:依据下肢外骨骼单侧腿简化的二连杆动力学模型,将预测信号输入模型,并采用PD控制验证系统稳定性和预测准确度。仿真结果表明,利用该方法可以对人体运动意图进行有效的预测,可用于驱动外骨骼摆动腿进行随动控制。     

基于粒子群优化支持向量机康复下肢外骨骼的脑电控制研究

为解决失能人群自主移动的问题,脑机接口(brain computer interface, BCI)已广泛应用于外骨骼领域,但脑电(electroencephalogram, EEG)信号因信噪比低等原因导致识别率一直难以提高。为提高基于脑机接口下肢外骨骼的信号识别率,采用粒子群优化支持向量机(particle swarm optimization-support vector machine, PSO-SVM)算法提高脑电信号识别率,取得了86.52%的脑电信号识别率。首先建立共空间模式(common spatial pattern, CSP)数学模型对脑电信号进行特征提取,随后建立基于粒子群优化的支持向量机分类模型,优化脑电信号分类关键参数,将最终的实验数据与传统的支持向量机分类方法比较,最后进行算法的验证及下肢外骨骼实验。实验结果表明：经过粒子群优化的支持向量机分类准确明显高于传统支持向量机分类。所提出粒子群优化支持向量机对脑电信号的特征识别方法可实现运动想象(motor imagery, MI)的精确识别,为脑机接口技术在康复外骨骼领域的应用提供理论基础和技术支持。     

基于连杆机构的手指外骨骼设计

手指在人类生活中发挥着重要作用,它们的健康直接影响着人们的生活质量。如果由于疾病或者意外导致单个或多个手指功能性损伤,就需要对手指进行康复训练。为了降低康复师的工作强度,提高康复效率,利用外骨骼进行康复训练是很好的选择。本文结合人体工程学相关知识,根据手指弯曲与伸直时的运动特性和规律,基于连杆机构设计了一款面向手指康复的外骨骼机构。该机构具有三个自由度,各关节之间的距离可以根据不同手指的长短进行调节,具有广泛的适用性,不会对手指造成二次损伤。采用3D打印技术制作该外骨骼,总体质量小,制作成本低,符合绿色制造的理念。最后,通过穿戴实验验证了所设计的手指外骨骼能够满足康复训练的需求,并且适用于不同的手指。     

“面子”的起源：最早的“嘴脸”

正我们有"面子",在演化上拜谁所赐?中国古生物学家朱敏研究员带领的跨国研究团队,2013年9月25日在《自然》杂志上报道了来自云南曲靖4.19亿年前的志留纪盾皮鱼类——初始全颌鱼(Entelognathus primordialis),揭开了"面子"起源的面纱[1]。颌骨是构成面部骨骼的主体,长着上下颌骨的脊椎动物称为有颌类,种类数占现生脊椎动物的99.7%。从骨骼结构上来说,有颌类似乎就应该是有"嘴脸"或"面子"的动物。探寻我们"面子"的起源之谜,自然要     

寒武纪水母化石研究现状与展望*

简述了水母的早期化石记录,并根据华南寒武系发现的立方水母干群化石,讨论了祖先型水母的辐射对称、躯体构型、生活史、生活习性,以及外骨骼的形成特征,推测水母类在寒武纪大爆发初期先于两侧对称动物基本完成其高级分类单元的宏演化。寒武纪的水母在生活习性上可以分为底栖固着型和游泳型两种。     

穿戴武器臂的人枪耦合系统发射响应研究

穿戴式武器臂是一种新型单兵上肢外骨骼,对提高单兵火力打击效能具有重要作用,含武器臂的人枪耦合系统是一种复杂人机系统,其作用机制和动力学响应特性尚需进一步研究.提出了一种穿戴武器臂的总体方案,研制了穿戴式武器臂原理样机,采用16通道Delsys表面肌电测试系统采集射手立姿据枪瞄准时左右臂和躯干肌肉的表面肌电信号,对典型射手在有/无穿戴武器臂状态下,双手握持枪械时的肌肉疲劳状况进行对比评估;采用Codamotion三维运动捕捉系统采集立姿无依托点射和单发射击过程中枪口响应数据,建立有/无穿戴武器臂状态立姿无依托人枪相互作用动力学仿真模型,通过试验和仿真分析穿戴武器臂状态人枪系统发射动态响应特性.研究结果表明穿戴武器臂立姿据枪瞄准时射手左手肌肉的积分肌电值除三角肌外均有明显的下降,肱二头肌的下降尤为显著;穿戴武器臂立姿无依托点射时枪口后坐和竖直方向的位移量相比“无武器臂持枪射击状态”大幅下降,抵肩力也大幅下降,穿戴式武器臂减轻了穿戴者的双手肌肉疲劳,提高了枪械的射击动态稳定性.