來自中國江南大學(xué)的一群年輕工程師,通過研發(fā)手功能康復(fù)軟體機(jī)器人為患者提供精確、高效的康復(fù)訓(xùn)練,重燃中風(fēng)患者手部康復(fù)的希望。憑借“Handy 手功能康復(fù)軟體機(jī)器人”, 江南大學(xué)設(shè)計學(xué)院整合創(chuàng)新設(shè)計專業(yè)的黃堇朔及其團(tuán)隊成為了2019年中國地區(qū)戴森設(shè)計大獎冠軍的獲得者。他領(lǐng)銜設(shè)計、研發(fā)的這款軟體機(jī)器人,成本低廉,輕型智能,人機(jī)良好交互,控制精度高,安全便攜,能夠滿足不同手功能運動障礙康復(fù)周期及對象的康復(fù)需求。

《中國腦卒中防治報告2018》指出,中風(fēng)仍為我國成年人致死和致殘的首位原因。而隨著人口老齡化的加重,預(yù)計每年腦卒中的患者數(shù)量還會急劇上升。中風(fēng)發(fā)生以后,患者常伴隨語言功能、運動功能、認(rèn)知功能受損等,后遺癥康復(fù)期較長。此外,中風(fēng)造成的腦損傷所引發(fā)的癱瘓性肌肉收縮常常會令手部關(guān)節(jié)永久性地處于繃緊狀態(tài),使得拉伸肌肉愈加困難。手臂的痙攣會造成緊握拳頭、彎曲手肘以及手臂緊緊擠壓在胸部等情況,這會嚴(yán)重影響中風(fēng)幸存者進(jìn)行穿衣等日常活動的能力。

Handy 手功能康復(fù)軟體機(jī)器人通過軟硬件結(jié)合的設(shè)計,為中風(fēng)患者提供成本低廉、控制精度高、安全便攜的解決方案,滿足不同患者的康復(fù)需求

設(shè)計團(tuán)隊負(fù)責(zé)人黃堇朔說:“在調(diào)查和研究中,我發(fā)現(xiàn)有關(guān)行業(yè)報告中曾經(jīng)提及,據(jù)不完全統(tǒng)計,僅2016年全球新增中風(fēng)病人1370萬,其中中國就占了40%,為551萬人。其中大部分人在病發(fā)后失去了手部功能。我們團(tuán)隊所設(shè)計的手功能康復(fù)軟體機(jī)器人采用軟體結(jié)構(gòu),使用肌電信號模擬有規(guī)律的手部運動,達(dá)成閉環(huán)式康復(fù)交互體驗,幫助病人恢復(fù)。手部的康復(fù)是一個非常精密的過程,我們通過這個閉環(huán)的神經(jīng)-肌肉康復(fù)系統(tǒng),為患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練,幫助提高肌肉的恢復(fù)效率。”

戴森設(shè)計大獎中國區(qū)評審對獲獎作品評價道:

同濟(jì)大學(xué)設(shè)計創(chuàng)意學(xué)院院長婁永琪教授:“手功能運動障患者日漸增長,而傳統(tǒng)的康復(fù)理療師數(shù)量和質(zhì)量已經(jīng)滿足不了迫切而龐大的康復(fù)需求。我在這個設(shè)計中看到了對現(xiàn)實問題的關(guān)切與思考,進(jìn)而提出了有益的解決方案?！?/p>

清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院副院長趙超教授:“戴森設(shè)計獎的理念重在解決實際問題,我在Handy手功能康復(fù)軟體機(jī)器人上看到了實現(xiàn)手部康復(fù)訓(xùn)練任務(wù)需求與其他功能性、交互性需求的潛能,團(tuán)隊配合默契,特別是能夠?qū)⒓‰娦盘査惴ㄅc采集、系統(tǒng)硬件搭建與產(chǎn)品工程設(shè)計和實物模型于一體,實現(xiàn)了軟硬件的有機(jī)結(jié)合。”

浙江大學(xué)國際設(shè)計研究院副院長孫凌云教授:“這項設(shè)計不僅具有技術(shù)可行性,而且具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計思維。與同等效率的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比便宜而且耐損,兼顧了技術(shù)與商業(yè)的考量,具有高度的實踐性?！?/p>

上海交通大學(xué)設(shè)計學(xué)院設(shè)計系主任張立群教授:“戴森一直致力于解決容易被人們忽略的各種生活問題。我認(rèn)為這項設(shè)計與戴森設(shè)計獎鼓勵迭代設(shè)計過程的觀念相契合,很好地實現(xiàn)了創(chuàng)新點與實際應(yīng)用場景的結(jié)合?！?/p>

Handy團(tuán)隊表示,目前他們已完成了第一代原型機(jī)的制作,在驅(qū)動器彎曲程度與信號準(zhǔn)確度上較為理想。第二代原型機(jī)的制作即將完成,升級后成本更低,更加便攜。此外,為了使訓(xùn)練內(nèi)容不過于枯燥,該機(jī)器人還融入了小游戲等娛樂元素,激發(fā)患者的訓(xùn)練興趣。黃堇朔補(bǔ)充說,在一些專家和實驗室研究成果的幫助下,該團(tuán)隊計劃將Handy繼續(xù)升級,并投放到醫(yī)院進(jìn)行試點,進(jìn)一步推廣到中風(fēng)人群手部康復(fù)市場。

設(shè)計的工作原理

Handy手功能康復(fù)軟體機(jī)器人可以基于常規(guī)的運動模擬和肌電信號幫助病人進(jìn)行康復(fù)交互,其依托閉環(huán)的神經(jīng)-肌肉康復(fù)系統(tǒng),可以模擬正常人的手部手部運動機(jī)制。電腦、iPad等給患者發(fā)出聲音與圖像指令后,患者大腦接受信號后會產(chǎn)生運動趨勢,但因病癥并不能完成相應(yīng)動作。此時位于患者手部與手臂肌肉群的肌電感應(yīng)器可以捕捉患者運動趨勢,在捕捉到后,系統(tǒng)會通過氣泵驅(qū)動位于患者手指上方的軟體驅(qū)動器進(jìn)行彎曲,從而完成整個操作流程。重復(fù)進(jìn)行這種訓(xùn)練,系統(tǒng)可以個性化地為患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練,充分提高神經(jīng)與肌肉的修復(fù)效率。

Handy采用了一種胞元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過充氣進(jìn)行彎曲,橫截面有蜂窩狀鏤空,以保證軟體驅(qū)動器在充氣時有較好的彎曲與伸長角度,同時可以保證它的輸出力度。其集康復(fù)有效性、合理性、周期性、可靠性、安全性、舒適便攜性與經(jīng)濟(jì)實用性于一體,能夠適應(yīng)不同治療階段的需求,完成基本康復(fù)動作,提升用戶體驗。

2019年戴森設(shè)計大獎全國入圍獎

編者按

戴森設(shè)計大獎

戴森設(shè)計大獎在 27個國家和地區(qū)進(jìn)行評選。大賽專向?qū)W習(xí)產(chǎn)品設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、工程專業(yè)的大學(xué)在讀生和新近畢業(yè)生(畢業(yè)四年內(nèi))開放。

大賽鼓勵那些挑戰(zhàn)傳統(tǒng)、憑借工程方法,“以少勝多”而實現(xiàn)的創(chuàng)意,以及致力于環(huán)境保護(hù)的設(shè)計。最好的發(fā)明總是簡單實用,但又能為現(xiàn)實世界中的某個問題提供解決方案。大賽將在賽區(qū)覆蓋的各個地區(qū)內(nèi)評選出 1 名國家及地區(qū)組優(yōu)勝者,然后經(jīng)過最終階段,由詹姆斯·戴森本人從中選出 1 名國際組優(yōu)勝者。

戴森設(shè)計大獎由詹姆斯·戴森基金會主辦,這一慈善機(jī)構(gòu) 2002 年成立于英國,致力于啟發(fā)支持下一代工程師。

 獎項設(shè)置

國際組優(yōu)勝獎:

每位獲獎學(xué)生獎金 3 萬英鎊,獲獎學(xué)生所在院?？葡氮劷?5,000 英鎊。

 國際組入圍獎(1-2 名):

每位獲獎學(xué)生獎金 5,000 英鎊

國家及地區(qū)組優(yōu)勝獎

每位獲獎學(xué)生獎金 2,000 英鎊

大賽日程:

What is the competition timeline?

征集開始:2019 年 3 月 27 日

征集截止:2019年 7 月 20 日

公布國家及地區(qū)組優(yōu)勝獎:2019 年 9 月 19日

公布戴森工程師入圍名單:2019 年 10 月 17 日

公布國際組優(yōu)勝獎及入圍獎時間:2019 年 11 月 14 日 

戴森設(shè)計大獎參加資格

任何就讀于澳大利亞、奧地利、比利時、加拿大、中國、法國、德國、中國香港、印度、意大利、愛爾蘭、日本、馬來西亞、荷蘭、新西蘭、俄羅斯、新加坡、西班牙、韓國、瑞士、中國臺灣、英國和美國的產(chǎn)品設(shè)計、工業(yè)設(shè)計或工程專業(yè)的在校生或畢業(yè)四年內(nèi)的畢業(yè)生。

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