来自中国江南大学的一群年轻工程师,通过研发手功能康复软体机器人为患者提供精确、高效的康复训练,重燃中风患者手部康复的希望。凭借“Handy 手功能康复软体机器人”, 江南大学设计学院整合创新设计专业的黄堇朔及其团队成为了2019年中国地区戴森设计大奖冠军的获得者。他领衔设计、研发的这款软体机器人,成本低廉,轻型智能,人机良好交互,控制精度高,安全便携,能够满足不同手功能运动障碍康复周期及对象的康复需求。
《中国脑卒中防治报告2018》指出,中风仍为我国成年人致死和致残的首位原因。而随着人口老龄化的加重,预计每年脑卒中的患者数量还会急剧上升。中风发生以后,患者常伴随语言功能、运动功能、认知功能受损等,后遗症康复期较长。此外,中风造成的脑损伤所引发的瘫痪性肌肉收缩常常会令手部关节永久性地处于绷紧状态,使得拉伸肌肉愈加困难。手臂的痉挛会造成紧握拳头、弯曲手肘以及手臂紧紧挤压在胸部等情况,这会严重影响中风幸存者进行穿衣等日常活动的能力。
Handy 手功能康复软体机器人通过软硬件结合的设计,为中风患者提供成本低廉、控制精度高、安全便携的解决方案,满足不同患者的康复需求
设计团队负责人黄堇朔说:“在调查和研究中,我发现有关行业报告中曾经提及,据不完全统计,仅2016年全球新增中风病人1370万,其中中国就占了40%,为551万人。其中大部分人在病发后失去了手部功能。我们团队所设计的手功能康复软体机器人采用软体结构,使用肌电信号模拟有规律的手部运动,达成闭环式康复交互体验,帮助病人恢复。手部的康复是一个非常精密的过程,我们通过这个闭环的神经-肌肉康复系统,为患者进行康复训练,帮助提高肌肉的恢复效率。”
戴森设计大奖中国区评审对获奖作品评价道:
同济大学设计创意学院院长娄永琪教授:“手功能运动障患者日渐增长,而传统的康复理疗师数量和质量已经满足不了迫切而庞大的康复需求。我在这个设计中看到了对现实问题的关切与思考,进而提出了有益的解决方案。”
清华大学美术学院副院长赵超教授:“戴森设计奖的理念重在解决实际问题,我在Handy手功能康复软体机器人上看到了实现手部康复训练任务需求与其他功能性、交互性需求的潜能,团队配合默契,特别是能够将肌电信号算法与采集、系统硬件搭建与产品工程设计和实物模型于一体,实现了软硬件的有机结合。”
浙江大学国际设计研究院副院长孙凌云教授:“这项设计不仅具有技术可行性,而且具有严谨的设计思维。与同等效率的机械结构相比便宜而且耐损,兼顾了技术与商业的考量,具有高度的实践性。”
上海交通大学设计学院设计系主任张立群教授:“戴森一直致力于解决容易被人们忽略的各种生活问题。我认为这项设计与戴森设计奖鼓励迭代设计过程的观念相契合,很好地实现了创新点与实际应用场景的结合。”
Handy团队表示,目前他们已完成了第一代原型机的制作,在驱动器弯曲程度与信号准确度上较为理想。第二代原型机的制作即将完成,升级后成本更低,更加便携。此外,为了使训练内容不过于枯燥,该机器人还融入了小游戏等娱乐元素,激发患者的训练兴趣。黄堇朔补充说,在一些专家和实验室研究成果的帮助下,该团队计划将Handy继续升级,并投放到医院进行试点,进一步推广到中风人群手部康复市场。
设计的工作原理
Handy手功能康复软体机器人可以基于常规的运动模拟和肌电信号帮助病人进行康复交互,其依托闭环的神经-肌肉康复系统,可以模拟正常人的手部手部运动机制。电脑、iPad等给患者发出声音与图像指令后,患者大脑接受信号后会产生运动趋势,但因病症并不能完成相应动作。此时位于患者手部与手臂肌肉群的肌电感应器可以捕捉患者运动趋势,在捕捉到后,系统会通过气泵驱动位于患者手指上方的软体驱动器进行弯曲,从而完成整个操作流程。重复进行这种训练,系统可以个性化地为患者进行康复训练,充分提高神经与肌肉的修复效率。
Handy采用了一种胞元拓扑结构,通过充气进行弯曲,横截面有蜂窝状镂空,以保证软体驱动器在充气时有较好的弯曲与伸长角度,同时可以保证它的输出力度。其集康复有效性、合理性、周期性、可靠性、安全性、舒适便携性与经济实用性于一体,能够适应不同治疗阶段的需求,完成基本康复动作,提升用户体验。
2019年戴森设计大奖全国入围奖
编者按
戴森设计大奖
戴森设计大奖在 27个国家和地区进行评选。大赛专向学习产品设计、工业设计、工程专业的大学在读生和新近毕业生(毕业四年内)开放。
大赛鼓励那些挑战传统、凭借工程方法,“以少胜多”而实现的创意,以及致力于环境保护的设计。最好的发明总是简单实用,但又能为现实世界中的某个问题提供解决方案。大赛将在赛区覆盖的各个地区内评选出 1 名国家及地区组优胜者,然后经过最终阶段,由詹姆斯·戴森本人从中选出 1 名国际组优胜者。
戴森设计大奖由詹姆斯·戴森基金会主办,这一慈善机构 2002 年成立于英国,致力于启发支持下一代工程师。
奖项设置
国际组优胜奖:
每位获奖学生奖金 3 万英镑,获奖学生所在院校科系奖金 5,000 英镑。
国际组入围奖(1-2 名):
每位获奖学生奖金 5,000 英镑
国家及地区组优胜奖
每位获奖学生奖金 2,000 英镑
大赛日程:
What is the competition timeline?
征集开始:2019 年 3 月 27 日
征集截止:2019年 7 月 20 日
公布国家及地区组优胜奖:2019 年 9 月 19日
公布戴森工程师入围名单:2019 年 10 月 17 日
公布国际组优胜奖及入围奖时间:2019 年 11 月 14 日
戴森设计大奖参加资格
任何就读于澳大利亚、奥地利、比利时、加拿大、中国、法国、德国、中国香港、印度、意大利、爱尔兰、日本、马来西亚、荷兰、新西兰、俄罗斯、新加坡、西班牙、韩国、瑞士、中国台湾、英国和美国的产品设计、工业设计或工程专业的在校生或毕业四年内的毕业生。
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