具有自然柔性与本体感性能力的上肢肌电假肢技术研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61773369
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0306.自动化检测技术与装置
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Most of existing myoelectric prostheses are one-way discretely controlled to track the user’s motion types identified via multi-channel surface electromyography (sEMG). The interaction barrier is generated due to that the prostheses are unable to simulate flexible movements of human limbs and the users also can’t perceive prosthesis movement. The neural-interaction interface technology would help to realize human-prosthesis integration interaction. However, the invasive nerve electrode should not be used widely due to the harm to human body. This project investigates the neuromechanism of motion production, transmission and feedback, and then study how to realize the two-way neural interaction technology between human and prostheses via an non-invasive way. The motor nerve potential decoding method based on sEMG decomposition is proposed and a model is built to recognize human motion and to estimate the stiffness of human joints. In order to simulate the intrinsic flexibility of human joints, the flexible joint of prosthesis with variable stiffness is designed. Then, the joint stiffness is actively controlled by using the estimation of human movement intention. Meanwhile, the project analyzes the feedback perception mechanism with respect to human-limb movements, and studies the neural coding technology of the feedback perception via non-intrusive external physical stimulation. Afterwards, a feedback perception model of prosthetic movements is built to realize two-way neural interaction between human and prosthesis. With the proposed methods, myoelectricity prosthesis with natural flexibility and self-perception can be developed to reproduce or to enhance the movement ability of imperfect limbs.
现有肌电假肢一般利用多通道表面肌电信号(sEMG)识别使用者动作类型,实现对假肢的单向离散动作控制,无法模拟肢体运动自然柔性的特点,使用者也无法感知假肢运动状态,极易产生人机交互隔阂。神经交互接口技术有助于实现人与假肢的共融交互,但是侵入式神经电极伤害人体,不适合推广应用。本项目探索运动产生、传输及反馈的神经机制,研究通过非侵入方式实现人与假肢双向神经交互技术。提出基于sEMG分解的运动神经电位解码方法,建立识别动作与估计人体关节刚度的模型;设计假肢可变刚度柔性关节,基于估计的人体运动意图,实现对柔性关节刚度主动控制,模拟人体关节内在自然柔性;同时,分析人体对运动反馈的感知机理,研究通过非侵入外部物理刺激模拟反馈感知的神经编码技术,建立人体对假肢运动反馈感知模型,从而实现人与假肢的双向神经交互。利用本课题提出方法有利于开发具有自然柔性和本体感应能力的肌电假肢,复现或增强残缺肢体的运动功能。

结项摘要

为了提高肌电控制假肢的稳定性和使用便捷性,进一步提升假肢的自然柔性和本体感应能力,本项目深入探索肌电产生及传输机理,提取直接反应运动本质的神经电位信号,即活跃动作电位序列(MUAPT),利用MUAPT识别人体运动意图;设计模块化柔性关节,并研究基于人体意图控制的关节刚度在线调整策略;进一步研究不同外部物理刺激的神经反馈感知机理,建立人体实时感知假肢运动状态及交互环境信息的模型。将上述方法/技术集成,构建上肢肌电假肢实验平台,通过人机共融试验验证相关方法/技术。.研究主要从控制假肢手的人体意图识别技术研究、柔顺假肢手本体核心技术研究、假肢手控制鲁棒性提升方法研究、假肢手反馈及其集成研究4个方面展开。详细包含:.1).基于sEMG的人体意图识别方法研究:基于机器学习的方式,利用sEMG识别人体控制假手手的意图;.2).智能假肢柔性驱动与柔性关节研究:主要包括基于形状记忆合金的假肢驱动动态建模与补偿控制研究和基于阿基米德螺旋线型平面涡卷弹簧的假肢柔性关节研究两方面;.3).基于MUAPT与APA方法的假肢控制鲁棒性增强方法:主要包括基于小波变换的MUAPT提取方法研究和基于极坐标矫正电极偏移下的鲁棒性提升方法研究;.4).引入反馈下的假肢系统集成与控制方法研究:主要包括基于“竖形条”的视觉感知反馈下假肢手控制研究和假肢手控制系统的软硬件集成研究。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(10)
专利数量(14)
基于时空特征学习卷积神经网络的运动想象脑电解码方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    褚亚奇;朱波;赵新刚;赵忆文
  • 通讯作者:
    赵忆文
Integral barrier Lyapunov function-based adaptive fuzzy output feedback control for nonlinear delayed systems with time-varying full-state constraints
时变全状态约束非线性时滞系统基于积分障碍Lyapunov函数的自适应模糊输出反馈控制
  • DOI:
    10.1002/acs.3172
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Adaptive Control and Signal Processing
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Dan Ye;Kaiyu Wang;Haijiao Yang;Xingang Zhao
  • 通讯作者:
    Xingang Zhao
基于卷积神经网络的自适应样本加权脑机接口建模
  • DOI:
    10.13976/j.cnki.xk.2019.9054
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    信息与控制
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹宜君;赵新刚;徐卫良;韩建达
  • 通讯作者:
    韩建达
Robust Indirect Adaptive Control for a Class of Nonlinear Systems and Its Application to Shape Memory Alloy Actuators
一类非线性系统鲁棒间接自适应控制及其在形状记忆合金执行器中的应用
  • DOI:
    10.1109/access.2018.2849994
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhang Bi;Zhao Xin-Gang;Li Xiao-Guang;Zhang Dao-Hui
  • 通讯作者:
    Zhang Dao-Hui
Active Modeling and Control for Shape Memory Alloy Actuators
形状记忆合金执行器的主动建模和控制
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2936256
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Daohui Zhang;Xingang Zhao;Ji;a Han;Xiaoguang Li;Bi Zhang
  • 通讯作者:
    Bi Zhang

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    --
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    --
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  • 期刊:
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    --
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    韩建达
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  • DOI:
    10.13973/j.cnki.robot.180256
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  • 影响因子:
    --
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  • 通讯作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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