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先進行動輔助外骨骼機器人技術
分類:工研院;機器人;行動輔具;脊髓損傷;碳纖;模具;醫療復健;
工研院針對現有行動輔助外骨骼機器人過重、行走效率及環境適應性不佳等問題,進行輕量化結構、高效能驅動模組以及適應性步態控制等技術研究,以期開發優質平價之行動輔助外骨骼機器人,嘉惠更多脊髓損傷傷友及行動不便人士。
現有行動輔助外骨骼機器人有著過重、行走效率及環境適應性不佳等缺陷,工研院針對這些弊病,進行輕量化結構、高效能驅動模組以及適應性步態控制等技術研究,以期開發優質平價之行動輔助外骨骼機器人,嘉惠脊髓損傷病友及行動不便人士。
全球目前約有700萬脊髓損傷病友,每年新增35萬人,平均受傷年齡29歲,為了提供傷友更佳的生活品質,歐美日相繼開發行動輔助機器人,提供行走及坐站間轉位輔助,但現有輔助機器人售價高,更有過重、行走效率不佳及環境適應性不足等缺點,無法有效拓展脊髓損傷傷友活動範圍。
工研院針對當前輔助機器人需要改良之處,開發結構輕量化金屬與碳纖異質接合技術,進行結構與驅動模組整合設計,並研發兼具低模具費用、低疊層人工、低設備投資之新製程來降低機器人製作成本;針對輔助機器人行走效率不佳的問題點,開發多操作點驅動模組,提供機器人各種使用情境下之不同扭力加快行走速度;並致力提升環境適應性,融合使用者姿態及環境資訊,讓輔助機器人的設計能接近健康人的步態,並提供狹窄空間步態調整、上下階梯等環境適應能力。
工研院所研發的輔助機器人,已經與台灣大學合作進入臨床研究,並有數位脊損傷病友參與本計畫之,後續研究目標是開發重量小於12 kg、最高行走速度達1 m/sec、續航力超過3小時的行動輔助外骨骼機器人,提供脊損傷病友坐、站、平地行走、階梯行走、斜坡行走等完整行動輔助,成果亦將應用於中風、運動傷害等醫療復健用途,相關訊息請參考 http://walkagain.itri.org.tw/Chinese/index.html。
物理學已知難題 珠鍊噴泉解密
物理學研究通常從一個已知的難題開始。過程中會出現一些令人驚訝之處,最近的神秘chain fountain(珠鍊噴泉)就是個例子。
事情起於史蒂夫‧摩德,他是英國一個電視科學節目的主持人。他是牛津物理學碩士,看來是珠鍊噴泉的發現者,他將過程上傳網路。
在他上傳的視頻裡,他拉一條以金屬珠子連接而成的鍊子的一端。鍊子很長,他一拉其頭,鍊子就自己從玻璃容器流洩而出,就像水或汽油從水槽或油槽裡虹吸而出。
這現象本身就夠有趣,但真正令人訝異的是,鍊子不只是從容器邊緣流出來,還上彎成為一個曲線,一如噴泉下降時的模樣。
摩德說,「我偶然發現這件事。我在找聚合物(polymer)的物理模型」,亦即一個很長的分子。他想,一條珠鍊大概可當模型。結果,他吃驚發現,金屬珠鍊像蛇聞笛般升起。這個視頻於一年前上傳網路,劍橋物理學家畢京斯看見了,他和同事知道裡面涉及牛頓物理學,但他們搞不懂箇中玄機。
珠鍊流洩的速度超過地心引力所能解釋,而且一定有個力量把珠鍊往上推。
畢京斯說,關鍵在從數學角度思考,將一條鍊子想成一連串相接的棍子。
拾起一隻棍子的一端,會發生兩件事。一端上,另一端下。但是,如果往下的力被底下的鍊堆阻擋,就產生反彈,棍子或鍊子,就被往上推。鍊子上升,道理在此。
畢京斯說,網路充斥八卦視頻,在網路發現新的物理學難題,有如意外之財。
他和同事將論文發表於英國皇家學會專門處理學和數學問題的期刊(Royal Society A)。珠鍊噴泉如今已寫入英國中學物理課本。