剪刀机械手plc控制设计控制程序

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-04-26 01:11 标签： 机械手plc控制设计
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电脑读取人脑电波 意念真能控制机械手
26岁的志愿者刘姑娘是一位在浙江大学医学院附属第二医院接受治疗的复杂性难治性癫痫患者。在常规用于明确癫痫病灶部位手术后的第五天，她在病房通过“意念”控制一只机械手，玩起了“石头、剪刀、布”的游戏。 8月25日，浙大附属二院神经外科与浙大求是高等研究院合作的“脑机接口临床转化应用课题组”向公众发布最新进展，他们在我国首次利用人体颅内植入电极，让“意念”控制机械手。
目前，意念控制机械手的准确率达到80%左右 其实，早在2012年，课题组经过多学科交叉研究，在猴子脑中植入电极，运用计算机信息技术成功提取并破译了猴子大脑关于抓、勾、握、捏四种手势的神经信号，使猴子的“意念”能直接控制外部机械。 随着技术的成熟，课题组将大脑信号的破译对象转移到了人。课题组负责人之一、浙大附属二院神经外科主任张建民介绍，通过开颅电极埋藏术来分析大脑皮层脑电，明确癫痫病灶部位，是癫痫诊断常规手段之一。手术前，经患者及家属的知情同意和医院伦理委员会的批准，在不影响病人监测的情况下，课题组用分线器将监测的脑电分出一路，连接到脑电信号分析仪，让电脑可以“旁听”脑电信号。 在刘姑娘的病房里，电脑一头连着刘姑娘的大脑，一头连着一只机械手。当刘姑娘抬起手做出“石头”的动作，机械手像产生了“心灵感应”，也出了“石头”。实验统计，“意念”控制机械手的准确度达到80%左右。 “意念”在大脑中其实是以脑电波的形式存在的。大脑中上千亿个神经元之间通过发出微小的电脉冲相互交流，对人体运动大到行走、小至抬眉的一举一动“发号施令”。一直以来，这些神经信号就像一本“天书”，人类不知如何去读。上世纪90年代起，随着计算机等科技水平的迅速发展，一种称为脑—机接口的技术，使人类有了解读“天书”的钥匙。这种技术，致力于在大脑和外部设备（例如假肢）之间建立一条传输大脑指令的通道，让有行动障碍的人重获独立生活的能力。 随着脑电波被更准确地采集和破解，意念将可操控更复杂的动作 从猴脑到人脑，这对课题组的解码、编码、运算方式及效率等提出了挑战，并使得这一跨越更具实质性意义：猴脑与人脑解剖结构虽比较接近，但在脑功能方面存在较大差异。以这次手部动作为例，猴脑可以通过意念较好地控制手臂的活动，但手指动作这一水平的控制就远不如人脑复杂而精确。其次，猴脑中指导完成动作的脑皮层神经电信号的复杂程度也远远低于人脑皮层的动作区。此外，人的大脑活动受环境影响更大，计算机对这些信号处理的复杂性也会大大增加。 “任何基础医学研究的最终目的是应用到临床，为病人解决实际问题。课题组最初是以大鼠等小型动物为研究起点的，又进一步探索了猴子这一与人类比较接近的大型动物脑机接口实验，并成功实现了猴子的意念取食行为。在这些动物模型实验的基础上，最后过渡至如今在人脑上的应用。”浙大求是高等研究院教授郑筱祥说。这项研究是将脑—机接口技术进一步应用到人类运动功能重建领域的转化医学实践，课题组在前期动物研究成果的基础上，首次将脑机接口成功用于人，破译人脑信号，并建立了信号对机器的准确传递的研究模型，使得脑机接口技术的临床应用向前迈进了一大步。 对于科学家来说，要实现电影《阿凡达》中下身瘫痪的战士利用意念操控“混血”阿凡达的场景，关键是要研发出实时性强、准确性高、具有互适应功能的多通道神经元放电采集、处理与信息解码技术。事实上，这一研究在临床上蕴含着很广的受益人群：脑卒中后肢体瘫痪、脊髓损伤致肢体偏瘫、截瘫、肌萎缩侧索硬化（渐冻人），外伤致截肢等多种涉及运动功能障碍的患者都将是新技术未来的受益者。
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我有话要说“阿凡达”成真？ 浙医二院实现用人脑控制机械手
　　日 08:53:11 星期二　来源：
在电影《阿凡达》中，地球的自然资源在 2154年时已经枯竭，人类不得不到潘多拉星球寻找能够解决地球能源问题的矿物。由于潘多拉星球的空气对人类有毒害，所以科学家们发明了一种可用人类意念控制的“阿凡达”，在潘多拉星球上执行任务。下身瘫痪的前海军战士杰克·萨利躺在密封舱中，通过头上戴着的复杂设备，利用意念操控人造的混血阿凡达。
这是一部科幻电影，利用意念来操控阿凡达只是编剧和导演的虚构。然而，随着科学的进步，利用“意念”来操控器械已经不再是人类的幻想，如今，这神奇的一幕在浙江大学医学院附属第二医院神经外科病房上演。
用意念操控机械手
出“剪刀、石头、布”
昨天，在浙医二院，神经外科的专家通过视频向大家再现这神奇一幕。
一位病人躺在病床上，她的正前方是一台电脑，病床左侧则是一只机械手，她将和机械手“玩”一个人们熟知的“石头、剪刀、布”的游戏。
电脑向病人做出提示，示意她出“石头”，病人脑中想着“石头”，并且做出拳头捏紧的动作，一旁的机械手也几乎同步做出“石头”的手势。随后，病人又用同样的方式操控机械手完成了“剪刀”和“布”的手势。剪刀、石头、布……病人用意念操控了40次，机械手的准确率达到80%。
随后，机械手又和病人“玩”起难度更大的对抗游戏。病人脑子里想到“石头”，并且手出拳头，机械手“感受”到她的意念，对抗性地给出“布”的手势。
这神奇的一幕是如何完成的？
浙医二院神经外科主任张建民教授说，这是一位难治性癫痫的患者，她的癫痫很严重，发作越来越频繁，药物已经无法控制，需要手术切除病灶。手术之前，医生要先找到病灶。普通的脑电图检查无法明确癫痫病灶部位，医生需要在颅内埋藏电极监测皮层脑电，从中找出病灶。
医生在病人颅内放了一块长8cm、宽4cm的皮层电极片，其中部分覆盖在大脑表面的运动神经区。在征得患者和家属知情同意，并经医院伦理委员会批准，在不影响病人监测情况下，医生用分线器将监测的脑电分出一路，连接到脑电信号记录分析仪，脑电信号经解码处理后再输入到机械手，从而控制其手指活动。然后，就出现了视频中的一幕。
国内首家将植入式“脑机接口”
应用于人脑
这是浙医二院神经外科和浙江大学求是高等研究院合作的“脑机接口”项目的一大进展。
所谓脑机接口(Brain-machine interfaces，BMI)，简单说就是大脑与外部设备之间建立的神经信息交流与控制通道，从而可以实现大脑与外部设备的直接交互，完成大脑对外部设备的控制。《阿凡达》等众多科幻电影所展示的就是这类技术。
脑机接口也是国际上的前沿项目，很多发达国家都花巨资研究这项技术。浙江大学求是高等研究院郑筱祥教授说，从2006年开始，他们和浙医二院神经外科合作，开始“脑机接口”这一研究项目，项目由来自生物医学工程、计算机、医学等领域的研究人员合作。
项目先从早期动物实验等基础研究开始。比如，2012年2月，项目演示了猴子用意念取物。在实验室里，一只叫“建辉”的猴子用抓、勾、握、捏四种不同的手部动作，“对付”它面前放着的四种不同形状的物体。半米外，一只机械手就像是与“建辉”有“心灵感应”，同步做着一模一样的手部动作，并分别抓住实验人员递来的塑料瓶、书本、胶带圈和小饰物。
这次的研究在动物模型试验的基础上，首次过渡到了人脑上的应用。据了解，浙医二院和浙江大学用“脑机接口”技术在人脑上的研究和探索，目前在国内尚属首家，而这项新技术在全球范围内也达到了前沿水平。
渐冻人、脑卒中患者将从中受益
张建民教授说，这项项目是浙医二院神经外科将脑机接口技术进一步应用到了人类运动功能重建领域，这是一次转化医学的实践。“转化医学”是现在很时髦的一个词，基本医学研究再发达，终归要应用到临床，才能为患者解决实际问题。
这项新技术能让哪些患者从中受益？张建民教授说，它能帮助一些有运动缺陷的患者重建运动功能。目前临床上诸如脑卒中后肢体瘫痪；脊髓损伤致肢体偏瘫、截瘫；脊髓侧索硬化；外伤致截肢等多种涉及运动功能障碍的患者都将是该新技术未来的受益者。
最近这段时间，“冰桶挑战”很热门，这项游戏旨在提高人们对于“渐冻人”的关注。“渐冻人”肌肉会逐渐萎缩，逐渐丧失运动功能。“脑机接口”能帮助“渐冻人”们通过意念利用机械手来完成打字、拿东西等各项操作。
“脑机接口”还能造福广大的肢体瘫痪患者。全球范围内脑卒中是第二大致死疾病，有170万患者出现卒中相关性严重并发症，而肢体瘫痪是主要残疾症状。这些患者将面临终身肢体运动不能、生活不能自理等诸多功能障碍，直接影响生存质量。随着“脑机接口”技术的不断发展，肯定能为脑卒中后肢体瘫痪及其他运动功能障碍性疾病患者重建肢体运动功能、提高生存质量带来新的希望。
原标题： “阿凡达”成真？ 浙医二院实现用人脑控制机械手
作者：记者祝洁炜通讯员方序 网络编辑：俞俊
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