定制的接头，脑控制的外骨骼组合，以使截瘫能够走路。
“让肢体瘫痪的人再次走路是一种努力，休斯顿研究实验室大学主任Jose Contreras-Vidal说，杰塞·康塔拉斯 - Vidal说。美国估计有600万人瘫痪。估计脊髓损伤的25岁的25岁的人的终身护理估计是为了造成300万美元，不包括丢失的工资。
孔特雷拉斯-维达尔说:“这个人可能还能继续工作，或者增加他或她能做的工作量。”“这个人会感觉更好，更快乐，家人、亲戚和同事也是如此。”
包括工程师，神经科学家，卫生专业人士和大学无创脑机界面系统实验室实验室的多学科研究团队正在致力于从PROTO实验室开发一个有源的外骨骼。
Proto Labs正在为这种动力外骨骼提供定制加工的铝关节外壳(见上图)，它将成为未来脑-机机器人系统的一部分，帮助截瘫患者再次行走。Proto实验室正在为休斯顿大学的机器人系统生产各种部件(如下图)。图片提供:休斯顿大学
Proto Labs提供定制加工的铝合金接头外壳，将成为未来派脑机机器人系统的一部分。然而，研究人员的挑战是快速获取部件。随着其他工具，3D打印正在帮助研究人员更快地评估和改变零件。
As the lab’s futuristic name suggests, the ultimate goal is to allow users to control the exoskeleton—commanding it to go forward or backward, to turn, sit, or stand—using their thoughts instead of a joystick, switches, or external operator typical of other devices.
虽然该实验室在脑机接口方面拥有丰富的经验，但开发出动力的外屏机器人代表其首次开发自己的硬件。
然而，该计划是为用户提供一款工作模式，为用户而被称为飞行员，参加Cybathlon的动力外科竞赛，10月份苏黎世的国际竞争。该活动采用了使用最新辅助技术的物理受损人员，在许多情况下，在多年经验和监管批准的公司的商业系统上升。That means having a working model ready less than 10 months after Contreras-Vidal and students began brainstorming about exoskeletons in a class in the fall of 2015. By comparison, a lower-limb exoskeleton that recently received U.S. Food and Drug Administration approval was the result of an intensive 10-year development effort.
封闭系统限制开发
孔特雷拉斯-维达尔说，脑机接口实验室的研究重点是开发“倾听大脑、提取意图并利用这些信号来控制可穿戴机器人”的设备。在测试中，该实验室使用脑-机接口来控制上肢外骨骼、带有激活手指的上肢假肢和下肢外骨骼。“倾听”是通过戴在使用者头上的脑电图(EEG)帽来进行的，脑电图帽使用一组电极来检测大脑中的电活动。
休斯顿大学的研究人员展示了机器人系统的工作原理（上图）。研究人员设想具有六个致动关节的可穿戴机器人。覆盖那些机械接头和“肌肉”，是铝合金外壳，在Proto Labs（下面）定制加工。照片礼貌：休斯顿大学。
脑机接口随着他或她与外骨骼进行一系列动作，衡量用户的脑波。该系统使用高级算法来映射用户的脑波为每个运动。脑机接口学会了解与这些动作相关的大脑信号，以便用户想要行走，当他或她想要停止时。用户还需要培训进入那些心态的州，所以系统可以正确解释它们。实验室正在使用各种机器学习方法来训练机器，使其成为应用该技术来控制下肢外骨骼的先驱。
“我们可能是第一个展示与瘫痪的人的非血型脑机界面的小组，”对比度 - Vidal表示。“自从尝试推动信封以便更好地了解我们参与者的意图。我们可以驾驶机器来做我们想要的事情。“
然而，继续改进脑机接口的努力遇到了障碍，因为大多数商用下肢外骨骼制造商拒绝开放他们的系统，让机器接口运行他们的设备。总部位于新西兰的Rex Bionics公司允许该实验室使用其脑机接口来控制其外骨骼的高级功能，指导其转动、停止或启动。然而，孔特雷拉斯-维达尔想要获得低层次的控制，以详细说明机器人如何移动，一步一步地，使它更自然，甚至每个人都能识别的人类步态。就在那时，他决定进入硬件行业，着手让实验室开发自己的外骨骼，作为一个开放平台，测试和开发控制架构，包括其“前沿”的脑机接口技术。
快速加工支持快速进展
该实验室团队设计了一个可穿戴机器人，它有六个驱动关节，分别位于脚踝、膝盖和臀部，就像孔特雷拉斯-维达尔所说的“外骨骼肌肉”。覆盖这些机械肌肉的铝制外壳是由Proto实验室定制的。根据首席研究技术员杰弗里·格尔格斯(Jeffrey Gorges)的说法，在实验室自行设定的严格期限内设计、建造和调整该设备时，迅速获得部件至关重要。将CAD图纸上传到Proto Labs的在线设计分析和报价系统，帮助这个过程快速启动。
峡谷说：“与ProTo实验室有一个为期三天的转变，为我们提供了整个两个月的工作。这是巨大的，因为除非我们在手中拥有硬件，否则我们无法测试我们的控制。我们手头的每一天都是改善系统的美好日子。“
该实验室使用自己的3D打印机来创建外壳的“版本0.1”，以评估程序集，装配过程以及组件如何堆叠在内部。该实验室正在使用3D打印来生产用于电子产品的外骨骼和外壳的碳纤维支架。休斯顿的贝勒医学院有矫形器和假肢计划，正在制作牙套。
然而，使用3D打印的外壳加载测试不可能，因此实验室有ProTo实验室可以进行小型单个接头进行测试。来自PROTO实验室的第二个外壳现在正在使用的设计改进可能导致进一步迭代。
对于承重连接件，该实验室使用的是飞机级铝7075，因为它的重量和刚度更轻。该材料还具有较高的抗拉强度和耐腐蚀性能。
“大事最小化了外骨骼的尺寸和重量，而且具有合理的成本，”峡谷说。
在该实验室的要求下，Proto Labs同意资助其制造的部分零件的部分成本。孔特雷拉斯-维达尔说:“我们对Proto实验室的快速转变和对该项目的兴趣感到惊讶。“我们真的很感激。”
专利，批准申请，竞争即将来临
所有部件，包括铝制外壳，在初步测试中工作良好。
“这些部分是系统中的关键点，”逆型Vidal表示。“壳体不仅是执行器和齿轮减少的位置，而且它与系统的其他部分接口。我们已经完成了大量的替补测试，我们有很多次联合都有很多次。他们一直很好。“
Contreras-Vidal为脑机界面和外骨骼提起提供专利文书工作。他将寻求FDA的批准，该FDA调节作为II类设备的外骨骼，一旦实验室最终确定了原型。同时，开发出脑机界面和飞行员的开展骨骼和培训将继续作为Cybathlon竞争方法。他还展望了系统的最终商业化。行业主管表示，帮助截瘫跋涉的设备的市场可能在10年内获得10亿美元。
PROTO实验室
www.protolabs.com.
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