首款柔性智能材料兒童用外骨骼面世

據(jù)最新一期《IEEE電子器件》雜志報(bào)道，美國休斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款專為兒童設(shè)計(jì)的柔性智能外骨骼系統(tǒng)——MyoStep。這款設(shè)備有望幫助患有運(yùn)動(dòng)障礙的兒童改善行走能力，提升生活質(zhì)量。

休斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種柔軟的智能外骨骼來幫助兒童行走。圖片來源：美國休斯頓大學(xué)

MyoStep是一種輕便、貼身且外觀低調(diào)的可穿戴裝置，采用先進(jìn)的智能材料和可穿戴傳感技術(shù)，旨在無縫融入兒童的日常生活。它特別適用于患有腦癱等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的兒童。腦癱是常見的兒童運(yùn)動(dòng)障礙之一，全球每1000名新生兒中有1—4人受到影響。該病會(huì)影響孩子的肌肉控制和協(xié)調(diào)能力，導(dǎo)致行走困難等問題。

團(tuán)隊(duì)表示，MyoStep代表了兒科助行器領(lǐng)域的一項(xiàng)重要突破。通過集成“人造肌肉”、智能織物以及多傳感器網(wǎng)絡(luò)等前沿技術(shù)，該系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)外骨骼的局限，在舒適性、適應(yīng)性和安全性方面提供了創(chuàng)新解決方案。

MyoStep的核心是一套嵌入在柔性織物中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測并傳輸用戶的動(dòng)作數(shù)據(jù)，從而判斷何時(shí)需要對(duì)手臂或腿部提供輔助。所有傳感器通過藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)彼此通信，使整個(gè)系統(tǒng)智能化運(yùn)行。

此外，安全設(shè)計(jì)也是該設(shè)備的重要考量之一。所有電子部件和執(zhí)行器都與皮膚隔離，以防止造成刺激或不適。系統(tǒng)還配備了溫度監(jiān)控和緊急關(guān)閉功能，一旦設(shè)備表面溫度超過安全閾值，便會(huì)自動(dòng)斷電，避免過熱傷害。

為了提高行走效率，團(tuán)隊(duì)特別重視踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)之間的協(xié)調(diào)控制。他們利用由智能材料制成的人造肌肉來增強(qiáng)踝部運(yùn)動(dòng)能力，例如能隨溫度變化收縮的形狀記憶合金，以及在電壓作用下產(chǎn)生形變的介電彈性體。

目前，團(tuán)隊(duì)正不斷優(yōu)化MyoStep的設(shè)計(jì)，使其能夠隨著兒童成長進(jìn)行調(diào)整，滿足長期使用需求。這一創(chuàng)新成果不僅為腦癱患兒帶來了新的希望，也為未來兒童康復(fù)工程的發(fā)展開辟了新路徑。