基于人机信息交互的助行外骨骼机器人技术进展

外骨骼机器人是集人体信息检测、机器人自动控制、神经工程等多学科知识于一身的高科技成果.本文简要介绍了外骨骼机器人研发技术现状和应用市场前景,分别从外骨骼动力驱动和运动测量技术角度剖析了支撑典型外骨骼机器人实现其运动辅助功能的主要技术基础,重点从神经信息交互角度出发,讨论了构建人机信息交互环路中的技术瓶颈,以及如何更为高效准确地获取人体运动意图.最后展望了其未来技术研发方向.

运动相关皮质电位在运动康复领域的应用

大脑在想象或执行身体运动时产生的运动相关皮质电位(MRCPs)因富含大量运动信息、有较严格的锁时和锁相特征而有利于揭示人体运动神经机制、指导运动康复训练以及疗效评价,故受到运动康复领域研究人员的关注.尤其近年随着基于脑电(EEG)的脑-机接口(BCI)技术在康复领域应用的快速发展,利用MRCPs提取大脑运动信息特征逐渐成为运动康复型BCI的研究热点.本文介绍了MRCPs信号的3个时段分量特点及与之对应的皮质激活区,并从运动意图检测、运动参数识别、运动神经机制探索和康复训练效果评价4个方面综述了将MRCPs信号检测和特征解码用于运动康复领域的研究现状,总结归纳了存在问题并分析了未来MRCPs在康复医学中应用的可行性.笔者认为融合MRCPs与其他运动特征信息用于指导运动康复训练实践应是未来运动康复领域发展的主要趋势.

运动神经假体康复技术回顾与展望

运动神经假体是一类帮助神经系统受损患者恢复或替代其身体运动功能的电子装置,通过功能性电刺激(FES)技术代替大脑发出神经控制命令来激励相关肌肉活动、驱动受损肢体或直接控制人工假体完成预期动作,达到恢复或替代肢体运动功能目的.另外,脑-机接口(BCI)技术也是运动神经假体系统中的关键组成部分,它通过提取与解码大脑神经活动实现人脑与神经假体之间的交互.目前,随着FES技术以及BCI技术的高速发展,运动神经假体系统已经在脊髓损伤和中风患者的康复和功能辅助方面得到了广泛的临床应用,现阶段的研究热点在于如何开发更加有效的神经译码技术,提取出更丰富的大脑指令信息,使患者可以控制神经假体完成复杂的运动功能来满足日常活动的需要.未来,运动神经假体系统将向着便携化、网络化和更加逼近自然肢体功能的方向发展.本文主要介绍运动神经假体系统的组成和应用,综述运动神经假体康复技术的发展历程与现状,以期为神经损伤患者及从事神经假体技术研究的科研人员提供参考和帮助.

高环境压力下燃油连续多段喷射喷雾特性研究

在定容弹中,基于相同的喷油压力、喷油量和环境温度,利用纹影法研究了不同的环境背压和喷油规律下的汽油直喷多孔喷油器的喷雾特性。试验结果表明:边界条件相同时,改变环境背压会影响喷油贯穿距,随环境背压上升,喷油贯穿距先减小后趋于平缓,环境背压由1MPa上升至2MPa时喷油贯穿距减小约12mm,而由2MPa上升至3MPa时基本无变化;喷油规律对喷油贯穿距和雾滴群形态均会产生影响,且在环境背压的影响协同作用下,喷油贯穿距最多可以减小约22mm;多段喷射对雾滴群燃油浓度分布调节作用显著,单段喷射的雾滴群前端密度较高,两段喷射较为均匀,三段喷射后端密度较高,连续多段喷射技术有利于形成高质量的混合气。

上肢辅助站立状态下姿态扰动诱发的脑电响应特征

探究上肢辅助站立状态下姿态扰动诱发的脑电响应特征,从而为下肢运动功能障碍患者失稳态的识别提供新的思路和方法。设计实验装置使人体随机侧的上肢支撑力发生快速变化,从而模拟人体在上肢辅助站立状态下的姿态扰动。实验同步采集20名被试64通道脑电、双侧支撑力和双侧前臂腕伸肌的表面肌电信号,分析姿态扰动事件发生时脑电诱发电位的神经响应特征,以及力学信号和表面肌电的行为学响应特征。在姿态扰动施加后,姿态扰动侧的支撑力在(200.5±15.4)ms的时间内快速减小。与此同时,双侧前臂腕伸肌的表面肌电值均增大,并且姿态扰动侧的表面肌电值更大。姿态扰动施加后诱发出了N1电位,其在FCz导联处幅值最大,其潜伏期为(62.3±5.5)ms,幅值为(15.6±6.1)μV;P2电位的潜伏期为(167.4±12.4)ms,幅值为(5.2±4.5)μV。该研究为通过神经响应过程识别人体的失稳态提供可行性。

火焰加速产生压力锋面机理分析

基于定容燃烧弹研究预混层流火焰穿过孔板之后的加速过程。通过纹影法,观测到火焰之前压力锋面形成过程。分析火焰传播速率、火焰前锋结构变化、火焰加速对末端气体的影响以及从计算流体力学的角度分析了压力锋面的形成过程。结果表明,层流火焰穿过孔板会明显加速,火焰锋面之前形成清晰的压力锋面,这导致末端气体温度、压力升高,发生自燃,为小型化汽油机爆震研究提供借鉴。