影响未来的十大技术之二?基于传感器的生物机械电子学 （2005-04-22）

即将出版的《技术评论》杂志，评出了未来将会对整个社会产生重大影响的技术。 量子电线、硅光电技术 、新陈代谢学（Metabolomics）、 核磁共振压力显微镜(成像技术)、纳米电子学、细菌工厂、环境信息学、生物机械电子学（Biomechatronics）、手机病毒和机载网络。如果获得成功，它们大大将改变我们的工作和生活。 生物机械电子学（Biomechatronics）――弥补修复术：机器人技术与神经系统的结合，将创建新一代像真正肢体一样工作的人造假肢。 常规的假腿经常让使用者，尤其是膝盖以上被截肢者，摔跟头或者以不正常的步态行走。MIT媒介试验室教授Hugh Herr正在开发一种让使用者可以更精确控制的更可靠的假肢。市场上的一些最新人造膝盖已经安装了微处理器，这些微处理器可以被编程，来帮助肢体更自然地运动。然而，Herr将这种想法又向前发展了一步。他开发出了装有内置传感器的膝盖，传感器可以测量膝盖的弯曲程度以及使用者在走路时施加在膝盖上的力量。这种人造膝盖（最近由一家冰岛公司实现了商业化）还包含一块计算机芯片，这块芯片对传感器数据进行分析，来建立用户步态的模型，然后相应地调整膝盖的运动和阻力。 目前，Herr正设法将这些传感器分布到膝关节以外的地方，用它们不仅测试人体的机械力，而且还检测来自关节附近肌肉的神经信号。这项工作是一种叫做生物机械电子学（biomechatronics）的新兴学科的一部分。在生物机械电子领域，研究人员开发可以与使用者的神经系统通信的自动机械假肢。Herr预测，5到7年后，脊髓损伤患者将通过控制绑在身上的自动机械外骨骼来移动他们的肢体（或者至少他们将在研究环境中做到这点）。伊拉克战争造成大量的美军士兵因断裂伤而回国。部分由于这场战争的原因，生物机械电子学开始引起越来越多的注意。Herr是媒介试验室的机械生物电子学小组的负责人。他负责的项目美国退伍军人事务部（VA）管理的一项投资7 20万美元的新研究项目的一部分。这项研究项目旨在开发用于由于作战受伤而失去肢体的伤残人员的新技术。 Herr自己就是位截去双脚的残疾人，计划使自己成为最新人造踝关节原型的第一个试用者。明年年初，至少3个小型传感器将植入到他膝盖以下的一条腿中。当Herr像以前移动他的踝关节那样弯曲腿部肌肉时，这些传感器将测量肌肉中的电流活动，并将信息传送给安装人造踝关节中的计算机芯片，计算机芯片将把这些脉冲翻译为控制踝关节电机的指令。Herr希望能够通过调动关节附近的残留肌肉，感觉它的反应，就像他控制自然关节那样，运动踝关节。通信也不是单向的。Herr还能够通过感受来自关节的振动感觉踝关节的位置。领导VA项目的Brown医学院整形外科教授Roy Aaron说：“我们认为这项工作的前景极其光明。” Herr对这一领域的设想是将生物机械电子学与生物组织工程相结合，开发由人造材料和人体组织构成的肢体。Herr说：“我认为我们将不可避免地最终得到混合装置。”