.RU

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Основы мехатроники» на тему: «Современная медицинская робототехника» - 3

Изм.
^ Лист
докум.
Подпись
Дата
Лист
13
0401.78.0000.000ПЗ
Авторы электронной кожи из Стэнфорда, чья статья также вышла в Nature Materials, отмечают, что достоинства их технологии — дешевизна и широкий диапазон давлений, который способен измерять подобный бутерброд.
А потому в качестве сфер приложения своей разработки учёные видят опять же хирургических роботов. Но не только. Искусственная кожа могла бы стать основой электронных бинтов, — рассуждают американские исследователи, — способных подавать сигнал при слишком слабом или опасно сильном затягивании. А ещё подобные сенсоры могли бы точно фиксировать степень сжатия руками рулевого колеса, вовремя предупреждая водителя, что он засыпает.
Обе команды утверждают, что ещё продолжат развивать данное направление экспериментов. Так что роботы будущего, по всей видимости, всё же получат кожу, приближённую по возможностям к человеческой. И пусть внешне она будет заметно отличаться от нашей – её чувствительность придаст новый смысл понятию робот-андроид.
Робот-хирург производство от NVIDIA
Сенсационное заявление дала компания по производству видеокарт для компьютеров. Не успели написать о первой хирургической операции, проведенной исключительно «руками» роботов, как NVIDIA приготовила другую «бомбу» из мира медицины. На калифорнийской конференции GTC 2010 производитель графических чипов озвучил весьма смелую идею – проводить операцию на сердце… без остановки сердца и вскрытия грудной клетки!
Робот-хирург будет производить операцию с помощью манипуляторов, подведенных к сердцу через небольшие отверстия в груди пациента. Технология визуализации «на лету» оцифровывает бьющееся сердце, демонстрируя хирургу трехмерную модель, по которой он может ориентироваться точно так же, как если бы смотрел на сердце через вскрытую грудную клетку. Основная сложность заключается в том, что сердце совершает большое количество движений за короткое время – но, по словам разработчиков, мощности современных вычислительных систем на базе графических процессоров NVIDIA хватит, чтобы визуализировать орган, синхронизируя движения инструментов робота с биением сердца. За счет этого создается эффект неподвижности – хирургу без разницы, «стоит» сердце или работает, ведь манипуляторы робота совершают аналогичные движения, компенсируя биение!
Пока вся информация об этой невероятной технологии состоит из коротенькой видеодемонстрации, но мы будем с нетерпением ожидать новых сведений от NVIDIA. Кто бы мог подумать, что совершить революцию в хирургии задумала компания-производитель видеокарт…
Робот для переноски пациентов RIBA
Японский институт физических и химических исследований (^ BMC RIKEN) и компания Tokai Rubber Industries (TRI) представили "медвежеподобного" робота, предназначенного для оказания помощи медсёстрам в больницах. Новая машина буквально носит пациентов на руках.
RIBA (Robot for Interactive Body Assistance) — это усовершенствованная версия андроида RI-MAN.
По сравнению с предшественником RIBA серьёзно продвинулся вперёд.
Как и RI-MAN, новичок способен аккуратно поднимать человека с кровати или инвалидного кресла, переносить его на руках, например в туалет, а потом доставлять обратно и так же бережно укладывать в постель или усаживать в коляску. Но если RI-MAN носил, лишь зафиксированных в определённом положении кукол весом 18,5 кг, RIBA уже транспортирует живых людей массой до 61 кило.
Рост "медведя" 140 сантиметров (RI-MAN — 158 см), и весит он вместе с аккумуляторами 180 килограммов (предшественник — 100 кг). RIBA распознаёт лица и голоса, выполняет голосовые команды, ориентируется по собранным видео- и аудиоданным, которые обрабатывает в 15 быстрее, чем RI-MAN, и "гибко" реагирует на малейшие изменения в окружающей среде.
Руки нового робота имеют семь степеней свободы, голова — одну (позже будет три), в талии две степени. Корпус покрыт разработанным TRI новым мягким материалом наподобие полиуретановой пены. Двигатели работают довольно тихо (53,4 дБ), а всенаправленные колёса позволяет машине маневрировать в ограниченном пространстве.
Сенсорно-импульсный протез руки MPL
Ну и само собой без протезирования в медицине никуда. Поэтому и здесь есть свои ученые и инженеры без устали разрабатывающие новые устройства. А именно Лаборатория прикладной физики им. Д. Хопкинса преподнесла новый сюрприз. В ходе совместной реализации проекта DARPA и Лаборатория прикладной физики им. Д. Хопкинса (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, APL) подготовили к началу тестирования с участием людей очередное поколение протеза руки, названное Modular Prosthetic Limb (MPL). По задумке разработчиков, искусственная конечность будет полностью управляться мозгом посредством вживленных в него сенсоров и даже обеспечивать тактильные ощущения за счет Изм.
Лист
докум.
Подпись
Дата
Лист
14
0401.78.0000.000ПЗ
посылки электрических импульсов с внешних сенсоров в соответствующий участок коры головного мозга. В прошлом месяце APL заявила о заключении контракта на 34,5 млн. долл. с DARPA, что должно позволить исследователям провести тестирование своей разработки на пяти особах в течение следующих двух лет.
Ожидается, что третья фаза тестирования – испытания с участием людей – позволит внести усовершенствования как в систему управления нейропротезом, так и в алгоритм генерации сигналов обратной связи. MPL, прошедший стадию многолетнего прототипирования, поддерживает 22 разновидности движений, независимое управление каждым пальцем и весит столько же, сколько и настоящая человеческая рука (около 4 килограммов). Исследователи планируют начать тестирование, оснастив протезом парализованного пациента. Реализованные до сих пор нейропротезы были рассчитаны на замену ампутированным конечностям, в то время как MPL позволяет охватить большее количество случаев, включая недуги, связанные с нарушениями нормальной деятельности спинного мозга, поскольку сигналы управления «снимаются» непосредственно с головного мозга. В ходе совершенствования разработки исследователям предстоит решить еще немалое количество затруднений и сложностей, как уже известных, так и тех, которые, несомненно, будут выявлены в процессе тестирования. Среди подобных проблем – малый срок жизни существующих на сегодняшний день нейроинтерфейсов. Внедренные в жидкие ткани организма кремниевые чипы достаточно интенсивно разрушаются, выходят из строя и нуждаются в замене приблизительно каждые два года. Ранее в этом году DARPA анонсировала программу Histology for Interface Stability Over Time, задачей которой названо увеличение срока службы нейроимплантатов до 70 лет. Хотя основными партнерами по разработке значатся APL и DARPA, к процессу исследований привлекается также множество других учреждений. Так, например, Питсбургский университет уже выполнил работы по вживлению обезьянам имплантатов, позволяющих контролировать руки робота, Калифорнийский технологический институт поможет в разработке дизайна интерфейса мозг-компьютер, а Университет Чикаго поучаствует в реализации системы тактильных датчиков.
Робот помощник Yurina
^ Постепенно будут внедрены и роботы помощники, задачей которых будет непосредственная помощь врачам, данные модели уже используются в некоторых Изм.
Лист
докум.
Подпись
Дата
Лист
15
0401.78.0000.000ПЗ
клиниках зарубежной медицины. Yurina, робот от японской компании Japan Logic Machine, который способен переносить лежачих пациентов на манер больничной каталки, только гораздо более плавно.
Что еще интереснее, Yurina может трансформироваться в инвалидное кресло, управляемое с тачскрина, контроллера или голосом. Робот достаточно ловок, чтобы перемещаться в узких коридорах, что делает его действительно неплохим помощником для настоящих врачей. Отдельно стоит упомянуть видеодемонстрацию, которую обязательно стоит смотреть с включенным звуком. Чем руководствовались режиссеры ролика, сопровождая видеоряд такой зловещей музыкой, мы не узнаем никогда – однако сочетание «доброго робота» и совершенно неуместной звуковой дорожки точно обеспечит вам порцию здорового смеха.
Роботизированное инвалидное кресло
Приятной новостью стало изобретение роботизированных инвалидных кресел, с помощью специальных датчиков этим креслом управлять гораздо удобнее, однако новинка требует неких доработок, которые в ближайшем будущем и будут осуществлены.
Одним из самых приятных дней в жизни собаковода можно считать такой, когда четвероногий любимец полностью освоит следование за хозяином и будет сопровождать его всегда и везде, не требуя постоянного одергивания поводком. А благодаря стараниям команды ученых из Университета Саитамы (Saitama University) подобную концепцию теперь можно применять и к… инвалидным креслам.
Роботизированное кресло несет на борту камеру и датчик определения расстояния, с помощью чего система отслеживает положение плеч человека, идущего рядом с креслом. За счет этих устройств кресло «понимает», в каком направлении двигается человек, соответственно повторяя его путь. Для сидящего в кресле такой способ перемещения получается более приятным, поскольку инвалидное кресло движется плавно, а не толкается вперед спутником.
Робо-кресло способно также огибать препятствия, правда, до определенной степени. Идея, несомненно, хороша, однако требует некоторой доработки. Представьте такую ситуацию: человек сидит в кресле, а помощник в это время с кем-то оживленно беседует и жестикулирует (соответственно, совершая движения туловищем, плечами и руками). Неужели кресло будет все время «елозить» из стороны в сторону, повторяя движения плеч помощника? Создателям определенно есть над чем поработать.
Антенна-биосенсор
Золото и шелк – обычно такое сочетание можно встретить на миланских показах мод, но уж никак не в научной медицинской работе. Однако наша новость относится как раз к последней области.
Ученые из Университета Тафтса (Tufts University) создали антенну-биосенсор, имплантируемую в организм человека для «присмотра» за протеинами и различными химическими соединениями. Одно из возможных применений изобретения заключается в автономном мониторинге уровня глюкозы больного диабетом, уведомляя пациента, когда показатели отклоняются от нормы. Впрочем, создатели говорят о гораздо большем практическом потенциале инновации.Изм.
Лист
докум.
Подпись
Дата
Лист
16
0401.78.0000.000ПЗ
Шелк выбран неслучайно. Этот природный материал прочнее кевлара, тоньше человеческого волоса, а главное – он биосовместим с организмом человека (не вызывает реакции иммунной системы). Антенна создана с тем расчетом, что каждый биологический агент в теле человека резонирует на своей, уникальной частоте из терагерцевого диапазона. Ученые надеются, что их изобретение сможет принимать эти сигналы, различать их и транслировать на компьютер беспроводным способом. В планах создателей значатся испытания на тканях живых организмов, так что этот материал о «биологической антенне» явно не будет последним.
Источник питания сердечного имплантата
Одной из актуальных задач в вопросе дальнейшего совершенствования сердечных имплантатов является создание более компактного и, вместе с тем, надежного источника питания.
Изобретение ученых Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology) позволяет значительно продвинуться в данном направлении, при этом избавившись как от традиционной батареи, так и от проводов, доставляющих энергию к имплантату.Изм.
Лист
докум.
Подпись
Дата
Лист
17
0401.78.0000.000ПЗ
Созданное командой ученых под руководством профессора Жонг Лин Вонга (Zhong Lin Wang) устройство под названием Muscle-Driven In Vivo Nanogenerator конвертирует кинетическую энергию сокращающихся мышц в электроэнергию, питающую двигатель имплантата. Для наногенератора используется нанопроволока из оксида цинка, способная производить электроэнергию под воздействием внешнего механического усилия благодаря пьезоэлектрическому эффекту.
Первые наногенераторы команда Жонг Лин Вонга продемонстрировала еще в 2005 году. В настоящее время опытный образец наногенератора проходит испытания на крысах. Устройство вживляется или в диафрагму или в сердце.
Первоочередной задачей ученых является повышение мощности устройства до величины, достаточной для обеспечения электрокардиостимулятора энергией в полном объеме.
За последние несколько лет роботехника сделала огромный шаг вперед. Совсем недавние попытки заставить роботов нормально ходить и говорить уступили место разработкам, действительно применимым в реальных условиях. Конечно, до того момента, когда один робот сможет помогать человеку во всех сферах его жизни, еще далеко, но определенные успехи делаются уже сейчас.
Роботизированная рука Rapuda
Последняя разработка японского Института исследования интеллектуальных систем (Intelligent Systems Research Institute) также имеет чисто практическое применение. Роботизированная рука Rapuda ориентирована на то, чтобы облегчить жизнь инвалидов, имеющих проблемы с подвижностью верхних конечностей. Рука, управляемая при помощи джойстика, берет стакан воды со стола и даже поднимает упавшие на пол объекты.
Пока создатели не могут сказать, когда и по какой цене Rapuda будет доступна широкому кругу покупателей. Определенно, еще стоит поработать над скоростью осуществления манипуляций. Но можно сказать точно – такая технология явно будет востребована, поэтому разработка продолжается.
Мозговые имплантаты
Имплантация является одной из самых значимых отраслей современной медицины и играет важную роль в её развитии. Существует множество сфер применения имплантатов, однако ключевой считается головной мозг, как наиболее сложный и наименее изученный компонент человеческого организма. Исследование различных отклонений, связанных с человеческим мозгом, требует постоянного мониторинга состояния с целью обнаружения болезни на ранней стадии для её эффективного лечения. В данном случае примером может послужить такая болезнь, как эпилепсия, проявления которой при надлежащем контроле через встроенные в мозг имплантаты могут быть идентифицированы электронным оборудованием и лечащими врачами на начальном этапе и устранены при помощи электронных импульсов.Изм.
Лист
докум.
Подпись
Дата
Лист
19
0401.78.0000.000ПЗ
Проблема существующих в сегодняшней медицинской области имплантатов заключается в необходимости внедрения в человеческий мозг микроскопических электродов, использующих кремний для захвата сигналов, который не отличается эластичной структурой и негативно воспринимается организмом. Результатом активных исследований в этом направлении стала разработка имплантата учёными National Institutes of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), способного растворяться на поверхности мозга и адаптироваться к окружающей среде, не взаимодействуя при этом с внутренними тканями мозга. Основным материалом, применяемым в производстве такого рода имплантатов, является шёлк, который имеет природное происхождение и со временем растворяется, а остатки имплантата не вызывают каких-либо раздражений ввиду их ничтожно малой толщины. Такой выбор сырья обусловлен отсутствием возбуждающих реакций у шёлка и его способностью к быстрому исчезновению вне зависимости от временных периодов.
Основанные на шёлке имплантаты впервые были изобретены в University of Illinois и Tufts University и были протестированы на животных под действием наркоза. Тестовый набор состоял из тридцати электродов, объединённых в пять блоков на тонком слое полимида с подложкой из шёлка и без неё. Применение шёлка показало себя с лучшей стороны и позволило имплантатам получить более мощный уровень сигнала. Вполне вероятно, что такие устройства в ближайшем будущем можно будет интегрировать в человеческих мозг при помощи катетера и разместить их в ранее недоступных местах.
Носимый энцефалометр
Компания Hitachi планирует в июле 2010 г. выпустить на рынок носимый энцефалометр, предназначенный для применения в приложениях, связанных с необходимостью наблюдения за мозговой деятельностью. Хотя производитель пока не называл розничной цены, ожидается, что она будет на уровне 10 млн иен (около 107 тыс долл).
Действие устройства основано на методе оптической томографии с помощью спектроскопии в ближней инфракрасном диапазоне, разработанном Hitachi в 1995 г. Анализ степени поглощения и отражения дальнего красного излучения от источников, расположенных на передней части головы, позволяет делать выводы
об активности в прифронтальном отделе мозга.
Разместив малогабаритные лазные излучатели с длиной волны 705 и 830 нм непосредственно на оголовнике, инженеры ушли от применения оптоволоконных систем, обычно применяемых в медицинских спектроскопических томографах. Энцефалометр включает восемь излучателей и восемь приемников. Помимо конструкции, закрепляемой на голове, носимая часть включает блок регистрации и управления, подключенный к ней сигнальным кабелем, а их вес составляет 700 и 650 грамм, соответственно. Ресурса встроенной батареи хватает на два часа работы. Кроме того, есть стационарный контроллер, позволяющий наблюдать данные измерений в режиме реального времени. Его связь с сенсорами обеспечивается посредством интерфейсов Wi-Fi.
Автоматизированная носимая искусственная почка AWAK
2010-07-19 18:44 Читать похожую статью
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • © Помощь студентам
    Образовательные документы для студентов.