科学家们开发了一种生物机器人手臂，可以模拟人类的颤抖，例如帕金森病患者所经历的颤抖。前臂两侧的人工肌肉收缩和放松，以抑制手腕和手的不自主颤动。研究人员将他们的生物机器人手臂视为其他领域科学家测试外骨骼技术新想法的平台。该手臂也作为一个测试平台，以观察被称为 HASELs 的人工肌肉如何有朝一日成为可穿戴设备的基本构件。目标是有一天开发出一种袖子，让颤抖患者可以舒适地穿戴，以更好地应对日常任务，例如握住一杯。
全球约有8000万人生活在颤抖中。例如，那些生活在帕金森病患者中。这些不自主的周期性运动有时会严重影响患者进行日常活动的能力，例如饮水或写字。可穿戴软机器人设备提供了一种抑制此类颤抖的潜在解决方案。然而，现有的原型尚不够复杂，无法提供真正的补救措施。
在马克斯·普朗克智能系统研究所（MPI-IS）、图宾根大学和斯图加特大学的生物智能图宾根斯图加特（BITS）合作项目下，科学家们希望改变这一局面。该团队为生物机器人手臂配备了两条在前臂上绑缚的人工肌肉。视频中可以看到，生物机器人手臂——在此被称为机械患者——模拟了一个颤抖。多个真实的颤抖被记录并投影到生物机器人手臂上，然后手臂仿效每位患者手腕和手的颤动。然而，一旦颤抖抑制系统被激活，轻量级的人工肌肉（由电液驱动器制成）以补偿来回运动的方式收缩和放松。现在，几乎感受不到或看不到颤抖。
使用这只手臂，团队想要实现两个目标：首先，团队将他们的生物机器人手臂视为其他领域科学家测试辅助外骨骼技术新想法的平台。结合他们的生物力学计算机模拟，开发人员可以快速验证其软人工肌肉的性能，从而避免在真实患者身上进行费时和昂贵的临床测试——在一些国家甚至在法律上都是不可能的。
此外，该手臂还作为测试平台，展示了 MPI-IS 机器人工材料部门在科学界广为人知的人工肌肉。这些被称为 HASELs 的肌肉经过多年的微调和改进。团队的愿景是 HASELs 有朝一日能够成为一种辅助可穿戴设备的基本构件，供颤抖患者舒适地佩戴，以更好地应对日常任务，例如握住一杯。
“我们看到我们的肌肉有很大的潜力，能够成为一种可以非常低调地穿戴的衣物的基本构件，以至于其他人甚至没有意识到该人士正受到颤抖的困扰，”来自 MPI-IS 机器人工材料部门的博士后研究员 Alona Shagan Shomron 说，她也是发表在《设备》杂志上的一篇研究论文的第一作者。“我们证明了我们的人工肌肉，基于 HASEL 技术，快速且强大，能够应对大范围的手腕颤抖。这显示了基于 HASEL 的可穿戴辅助设备对于生活在颤抖中的个体的巨大潜力，”Shagan 补充道。
“通过机械患者和生物力学模型的结合，我们可以测量任何测试的人工肌肉是否足够好，能够抑制所有颤抖，甚至非常强的颤抖。所以如果我们真的创造出一个可穿戴设备，我们可以调整它，以便对每一个颤抖做出个性化反应，”丹尼尔·哈伊夫尔（Daniel Häufle）补充道。他是图宾根大学赫尔提临床脑研究所的教授。在许多方面，他创建了计算机模拟模型并收集患者的颤抖数据。
“机械患者使我们能够在开发的早期阶段测试新技术的潜力，而无需在真实患者身上进行昂贵且耗时的临床测试，”斯图加特大学计算生物物理学和生物机器人学教授 Syn Schmitt 说。“许多好的想法往往未被进一步追求，因为临床测试既昂贵又耗时，在技术发展的早期阶段很难获得资金。我们的机械患者是一个解决方案，使我们能够在开发的早期阶段测试潜力。”
“机器人技术在医疗应用方面具有巨大的潜力。这个成功的项目突显了基于柔性和可变形材料的软机器人系统将发挥的关键作用，”MPI-IS 机器人工材料部门主任克里斯托弗·凯普林格（Christoph Keplinger）总结道。
