HAL (动力服)
![]() 2005年展示的HAL 5型动力服原型机 | |
制造厂家 | Cyberdyne |
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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 |
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,由日本筑波大学的山海嘉之教授创办的Cyberdyne公司研发[1]。
原理及设计
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,大脑会通过神经向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”(英语:Cybernic Voluntary Control,CVC)和自动运作的“生化电子自主控制系统”(英语:Cybernic Autonomous Control,CAC)[3][4][5]。
开发
1995年,山海嘉之制造了HAL的原型机,并借此创立了“生化电子”(英语: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
HAL主要面向身体障碍者及老年人开发,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
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
- ^ 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).
- ^ 2.0 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).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ Program Overview. 筑波大学. [2018-03-05]. (原始内容存档于2014-10-27).
- ^ 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).
- ^ Robot Suit HAL-5. GOOD DESIGN AWARD. 2006-06-09 [2018-03-05]. (原始内容存档于2021-01-16).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ Computers for the Development of Young Disabled Children – Introduction to the Special Thematic Session. ACM.org. 2002 [2018-03-05].
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ CES Spotlight: Japanese Robot Exoskeletons. 2011-01-12 [2018-03-05]. (原始内容存档于2013-01-23).
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- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ 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).
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- ^ Global Companies from Japan. Weekly Toyo Keizai. 2013-09-14 [2018-03-05]. (原始内容存档于2014-07-29).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ 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).