HAL (动力服)

一款Cyberdyne公司研发的外骨骼动力服

HAL(日语:ハル,全称:Hybrid Assistive Limb,中译:混合助力肢体)是一款外骨骼动力服,由日本筑波大学山海嘉之日语山海嘉之教授创办的Cyberdyne日语サイバーダイン公司研发[1]

HAL(Hybrid Assistive Limb)
Hybrid Assistive Limb.jpg
2005年展示的HAL 5型動力服原型机
制造厂家Cyberdyne日语サイバーダイン
国家日本
创造年份1995(原型机)
2008(正式发布)
类型动力服
目的医疗 / 搜索及救援
网站cyberdyne.jp

原理及设计编辑

HAL本质上是一种捆绑于身体的行走用机器人。当一个人正要试图行走时,大脑会通过神经肌肉发送电生理信号,而在人体的皮肤表面上能够微弱地探测到这种电信号。一旦使用者体表上的传感器捕捉到这种信号,HAL的伺服系统便会被激活,增强行走的强度与稳定性[2]。HAL配有两套动作控制系统用于自动强化使用者的动作,分别是由用户动作激活的“生化电子自主控制系统”(英語:Cybernic Voluntary Control,CVC)和自动运作的“生化电子自主控制系统”(英語:Cybernic Autonomous Control,CAC)[3][4][5]

开发编辑

1995年,山海嘉之制造了HAL的原型机,并借此创立了“生化电子日语サイバニクス”(英語:Cybernics)学科。生化电子是涉及仿生学、电子学和物理学的跨学科技术,旨在研发辅助人体运动的智能装置[6]

2001年,山海嘉之与同为日本筑波大学教授的三阶吉行制造出了全身用型HAL的第三版原型机,可以为腿部无力的使用者提供腿部助力,并使其能够抬起100公斤的重物。然而,该版HAL仅是电池便重达22公斤,使用时需连接到一台电脑上,且需要额外两人协助才可穿戴。与之相比,最新版本的HAL 5原型机整体重23公斤,且控制电脑内置在动力服上[7]

2004年6月,山海嘉之创立了Cyberdyne公司,作为其旗舰产品的HAL于2005年首次亮相于爱知世博会[7]

2006年,HAL 5获得日本设计振兴会日语日本デザイン振興会颁发的优良设计奖金奖[8]

2008年,HAL正式发布,向日本的医疗机构开放租借。截至2012年10月,已有逾300套HAL租借给130家医疗结构与养老院,月租金为2000美元[9]

HAL目前主要分为两种型号,下肢用型的HAL 3,及全身用型的HAL 5[2]

使用情况编辑

HAL主要面向身体障碍者老年人开发,租借给医疗机构和养老院;亦有面向体力劳动者开发的版本,用于建筑施工或灾害救援等[10]。有研究表明,HAL与特别设计的康复游戏配合使用,有助于身体障碍儿童的行走训练[11][12]。另有研究表明,结合了HAL的疗法有助于脊髓损伤以及中风的恢复[13]

在2011年的消费电子展上,美国联邦政府表达了对HAL的采购意愿[14]。2011年3月,Cyberdyne公司推出了面向身体障碍者、康复机构以及工场工人的下肢用型HAL,即HAL 3[15]。2011年11月,日本政府指定HAL作为福岛第一核电厂事故的清理用器械[16],随后在2012年10月于东京举办的日本机器人周展览会上,Cyberdyne展示了专为福岛第一核电厂事故的清理工作而设计的特别版HAL[17]。2013年3月,十家日本的医院为应用于医疗用途的HAL 3进行了临床试验[18]。2014年,日本建设公司大林组开始在建筑施工中使用HAL[19]

医疗认证编辑

2012年12月,HAL获得保险商实验室颁发的ISO 13485认证[20]。2013年8月,HAL获得欧洲合格认证,成为首个被准许在欧洲使用的医用外骨骼动力服产品[21][22]。2014年11月,HAL获得ISO/DIS 13482认证,成为全球首个获得安全认证的外骨骼动力服产品[23]

2018年3月,美国食品和药品管理局正式批准HAL用于医疗复健领域[24]佛罗里达州的Brooks Cybernic Treatment Center医护中心亦宣布正式将HAL用于病人的医疗复健[25]

参考来源编辑

  1. ^ 映画「ターミネーター4」マックG監督×サイバーダイン・山海教授インタビュー~日本マスコミ独占フッテージ映像で判明した情報もレポート!. Robot Watch. 2009-03-19 [2018-03-05]. (原始内容存档于2021-01-16). 
  2. ^ 2.0 2.1 Denis Bedoya. These therapeutic ‘cyborg legs’ help people learn to walk again. Infosurhoy. 2018-03-03 [2018-03-05]. (原始内容存档于2018-03-04). 
  3. ^ Intention-based walking support for paraplegia patients with Robot Suit HAL. Advanced Robotics. 2007, vol. 21, pp1441-1469. (Taylor & Francis). 2007 [2018-03-05]. doi:10.1163/156855307781746061. (原始内容存档于2019-10-17). 
  4. ^ Pilot study of locomotion improvement using hybrid assistive limb in chronic stroke patients. BMC Neurology. 2013, vol. 13, p141. BMC. 2013 [2018-03-05]. (原始内容存档于2015-09-27). 
  5. ^ Research Program Cybernics University of Tsukuba. Global COE Program, Cybernics. University of Tsukuba. 2007-04-01 [2018-03-05]. (原始内容存档于2014-10-27). 
  6. ^ Program Overview. 筑波大学. [2018-03-05]. (原始内容存档于2014-10-27). 
  7. ^ 7.0 7.1 allenxu. Cyberdyne,它创造了全球首个获得安全认证的外骨骼机器人. 搜狐. 2016-01-24 [2018-03-05]. (原始内容存档于2021-01-16). 
  8. ^ Robot Suit HAL-5. GOOD DESIGN AWARD. 2006-06-09 [2018-03-05]. (原始内容存档于2021-01-16). 
  9. ^ Rick Wallace. Robots to the rescue as an aging Japan looks for help. THE AUSTRALIAN. 2012-10-13 [2018-03-05]. (原始内容存档于2017-10-28). 
  10. ^ 世界初のサイボーグ型ロボット「HAL®」. Cyberdyne. [2018-03-05]. (原始内容存档于2021-01-16). 
  11. ^ Computers for the Development of Young Disabled Children – Introduction to the Special Thematic Session. ACM.org. 2002 [2018-03-05]. 
  12. ^ Influence of Virtual Reality Soccer Game on Walking Performance in Robotic Assisted Gait Training for Children. AbleData.com. 2010-04-01 [2018-03-05]. (原始内容存档于2013-10-18). 
  13. ^ Current scientific studies to exoskeleton therapy with Hybrid Assistive Limb. WALK AGAIN Center. [2018-03-05]. (原始内容存档于2021-01-16). 
  14. ^ CES Spotlight: Japanese Robot Exoskeletons. 2011-01-12 [2018-03-05]. (原始内容存档于2013-01-23). 
  15. ^ Cyberdyne demos lower-body HAL exoskeleton for helping the disabled, not eradicating mankind (video). 2011-03-15 [2018-03-05]. (原始内容存档于2019-06-21). 
  16. ^ Robotic Exoskeletons from Cyberdyne Could Help Workers Clean Up Fukushima Nuclear Mess. Scientific American. 2011-11-09 [2018-03-05]. (原始内容存档于2011-12-13). 
  17. ^ New HAL Exoskeleton: Brain-Controlled Full Body Suit to Be Used In Fukushima Cleanup. Neurogadget.com. 2012-10-18 [2018-03-05]. (原始内容存档于2012-10-21). 
  18. ^ Hospitals to test robot suit to help patients walk. The Asahi Shimbun. 9 February 2013 [2018-03-05]. (原始内容存档于2013-02-13). 
  19. ^ Smart walkers lead the way for Japanese elder-care robots. ITWorld.com. 16 October 2014 [2018-03-05]. (原始内容存档于2018-06-20). 
  20. ^ The design, manufacture and servicing of wearable lower limb exoskeleton devices for rehabilitation and physical training (pdf). Underwriters Laboratories. 2012-12-11 [2018-03-05]. (原始内容存档 (PDF)于2021-01-16). 
  21. ^ TÜV Rheinland Issues EC certificate for Cyberdyne’s Medical Robot Suit HAL®. TÜV Rheinland. 2013-08-07 [2018-03-05]. (原始内容存档于2021-01-16). 
  22. ^ Global Companies from Japan. Weekly Toyo Keizai. 2013-09-14 [2018-03-05]. (原始内容存档于2014-07-29). 
  23. ^ 品質安全基準の国際規格によってパワードスーツも家電への一歩を踏み出すことに 世界初、パワードスーツの「HAL」にISO認定. ASCII.jp. 2014-11-12 [2015-02-02]. (原始内容存档于2014-12-31). 
  24. ^ Tylor Lee. HAL Exoskeletons From Japan Will Be Coming To The US. ubergizmo. 2018-03-05 [2018-03-05]. (原始内容存档于2021-01-16). 
  25. ^ Bob Allen. Revolutionary Robotic Treatment For Patients With Spinal Cord Injuries Now Available In United States. The Daily Telescope. 2018-03-03 [2018-03-05]. (原始内容存档于2018-03-04).