导　读

　　关于可穿戴设备的未来发展，人们产生了很多有趣的想法。随着可穿戴设备变得越来越小和更聪明，植入皮肤下并监控身体情况，现在已经不是存在想象中。

　　关于可穿戴设备的未来发展，人们产生了很多有趣的想法。

　　20世纪80年代时就出现的人工耳蜗，自90年代后期就已经出现避孕埋植剂，以及从膝关节置换到心脏起搏器等一堆让人能存活或改善人们生活质量的植入设备。

　　同时，可穿戴设备也变得越来越小和更聪明，植入皮肤下并监控身体情况，现在已经不仅存在想象中。技术和科学的关系本就非常微妙，而一些最具创新性的植入方式正改变许多人的生活。

　　脑部深度刺激

　　很多严重的疾病，在药物和其他形式的治疗均宣告失败的情况下，在大脑中植入技术装备的方法成为最可行的尝试。研究治疗和大脑有关的疾病，像神经紊乱导致的严重癫痫，神经技术高科技研究院人员往往专注于通过经颅直流电刺激和经颅磁刺激治疗慢性疼痛、药物抗抑郁、纤维肌痛、强迫症、帕金森氏症和精神分裂症。

　　而通过这一步，我们可以知道大脑深部的电刺激可以治疗严重的强迫症、抑郁症和一系列其他障碍。所以当卫生专业人士针对大脑特定部分的特定疾病时，在大脑中植入电极和一个被植入到胸部或腹部的电池脉冲发生器会是一个有效的方法。

　　当打开该装置时，该设备会发出电流刺激神经纤维。可以遇见，植入物将使我们能够更好地理解大脑的其他部分，并最终治疗脑部疾病。有人猜测，植入物可能比我们想象的更有助于改善记忆力和提高智力，这将为开发人员提供一些新的挑战。

　　大脑植入物治疗瘫痪

　　澳大利亚墨尔本的一群科学家通过一个火柴棍大小的可穿戴设备使得无线控制四肢更加接近了事实，这个设备被称为stentrode。一旦它被植入到大脑控制中心的血管运动皮层，就将加快大脑信号，让病人只需操控它，便可以移动附在外骨骼上的肢体机器人。stentrode被编码到计算机大脑，并发出强电频率，然后，计算机再发出信号附着在手臂或腿的外骨骼，随后患者就可以运动了。

　　stentrode的成功，将避免复杂的脑部手术。2017年晚期，一群瘫痪患者将在澳大利亚的皇家墨尔本和奥斯汀医院选择接受植入stentrode试验，如果试验成功，这项技术可能会在六年内商用。

　　仿生眼

　　技术恢复视力有一个远大的前景，今年1月份，盲人Rhian Lewis在她的右眼视网膜植入了一个微型电子芯片。这个极薄的视网膜植入芯片在被插入到眼睛后部后，便可以取代受损的感光细胞。芯片捕获进入眼睛的光线，然后刺激视网膜的神经细胞，再将信号通过视神经传递到大脑。

　　该设备被连接到位于耳朵皮肤下面的微型计算机，这是一个涂抹在皮肤上面的电磁线圈。从外面看，这类似于一个助听器。一旦手术愈合后，设备将始终处于开启状态。通过手持的小型无线电源刻度盘，Rhian 可以调整灵敏度、对比度和频率，这样她就能够获得不同条件下的最佳信号。

　　对于那些厌倦戴眼镜的人，一个好消息就是仿生镜头的出现。 Ocumetics Technology Corp是一家想要永远消除眼镜和隐形眼镜的公司，Ocumetics仿生透镜是他们8年的研究和300万美元资金的成果，这可以让你整个一生的视力都处在平均线水平以上。而如果镜头能够在2~5年内被批准，令人惊讶的则是手术价格，估计的成本大约为3200美元。

　　避孕微芯片

　　在比尔和梅林达·盖茨基金会的支持下，美国麻省理工学院的Microchips Biotech机构一直在致力于研究避孕微芯片，通过打开和关闭芯片，未来的世界将完全不再需要避孕药。

　　这个微小芯片具有天线和电池，在被植入皮肤下后，芯片会储存一个精确剂量的激素，并且在预定的时间间隔释放。与其他避孕装备不同，女生即使穿上也可以怀孕，当她们想要孩子时，只需要打开或关闭遥控器就可以了。

　　生活更轻松或更复杂

　　植入RFID芯片已经存在一段时间了。植入在手里的芯片可以开锁、启动汽车或者成为刷卡的替代品。RFID芯片可以在紧急情况下或在战争时间验证一个人的身份，并被用来存储一个人的医疗记录。很容易想象，非接触式、夹克嵌入式将会被植入芯片取代。

　　可穿戴设备眼下的两个问题是黑客侵入风险和植入物引起的长期并发症，但不管阻力如何，这种技术已经在这里，并被成功地运用到各个领域，这将是未来不可分割的一部分。

　　神奇的拟人机器手

　　来自美国华盛顿大学的科学家最近开创性地开发了一款有史以来最精细且运动最准确的拟人仿生手，它的终极目标是完全取代人类双手。

　　一般来说，机器手有两种普遍的设计流派。第一种是以完成某项工作为导向的简单明了的高效机器手，依靠两三根“手指”（所形成的钳子）轻而易举的完成许多工作。第二种是完全按照人类双手进行精确模拟——拥有一根拇指与其他四根手指的设计，基于人类数百万年进化而成的双手去设计机器手，因为我们身边所有的物体都是根据我们的双手去设计的，所以如果希望机器人能够尽可能做到更多事情，最好是拥有一双像真人一样的手。

　　鉴于真实人手内在的复杂性，研究人员在设计拟人仿生手时不可避免的采取了许多折中方案，让它们在正常工作的同时还保持了人手的外形。

　　关于设计一种新的机器手对他们的重要性，研究人员表示：“拟人机器手设计的常规方法是，用类似铰链、联动装置和平衡环等零件来实现生物部件的机械化，从而将看似复杂的人体参照物进行简化。这种方法对于理解并模仿人手的运动原理有一定帮助，但不可避免的制造了一些人与机械手之间的不良差异，因为人手上大多数显著的生物力学特征在机械化的过程中被丢弃了。这些机器手和人手生物力学在本质上的不匹配阻碍了我们使用自然的手部运动来直接控制它们。因此，还没有任何一只拟人机器人手可以达到人手的灵巧程度。”

　　研究人员决定从零开始他们的机器手项目，以尽可能精确的方式机械地复制人手。首先，他们通过激光扫描出了人手的骨骼，然后通过3D打印出匹配的人工骨骼，使他们能够复制出我们人手所拥有的灵活的连接关节。研究人员解释说：“例如，我们对生拇指的运动依靠于腕掌关节（CMC）中梯形骨的复杂形状。由于梯形骨的不规则形状，CMC关节轴没有固定的精准位置。所以说，目前所有的拟人机器手都是采用传统的机械连接，这种连接方式有固定的旋转轴。因此，这些传统的机器手都无法还原自然的拇指运动。我们通过扫描尸体手骨架，3D打印了人工骨骼，并且该人工手指关节的运动范围、刚度、和动态行为都非常接近人手。我们的机器手设计独一无二的保留了重要的人手生物力学信息，达到了解剖级别。”

　　韧带（身体用来固定关节且控制它们活动范围的部分）的材料使用了高强度的Spectra带，并用带有激光切割的橡胶板来代替增加关节依从性的软组织。伸肌和屈肌的肌腱（用来矫直和弯曲手指的部分）也由Spectra带构成，同时用更多的激光切割橡胶板代替了腱鞘和伸肌腱帽，后者是通过包裹手指来使其应对灵活性和扭矩的复杂的蹼状多层结构。这款拟人机器手的最后一部分构成是肌肉，它由一排10个伺服系统组成，它们的电缆布线也紧密的模仿了人手的腕隧道。

　　除去工艺绝伦之外，研究人员通过遥控器去操纵拟人机器手准确地模仿人手的各种抓拿动作。研究人员认为，因为他们的机器手非常接近真实的人手，因此，用户可以在没有任何力反馈的情况下用手进行复杂的操作。用户也可以在研究人员归因于与人手运动学高度匹配的机器手上，在零力回馈的情况下用手进行复杂的操作。

　　真正的关键在于：拟人机器手完全按照模拟人手来设计，这意味着它可以模拟人手的动作，这主要取决于它的构造，而非一种电脑编程。在遥控操作方面，它也有很多潜在优势，因为操作者可以更加无缝的利用自己双手的灵活性。

　　更有趣的是，研究人员认为他们所研究的机器手可以用来“为肢体再生的研究做3D支架”。研究人员解释说：“对义肢假手的控制主要依赖于人的大脑。因此，如果义肢的设计更加接近于生物本体，那同样的神经义肢技术就会更加有效。生物相容性材料现在已经可以被打印成骨架，可生物降解的人造韧带也可以被用来取代撕裂的前交叉韧带，人类肌肉已经成功地在培养皿内被培育出来，而且外周神经在合适的条件下也可以再生。所有这些有前途的新技术都需要适合移植细胞生长的支架。我们将与生物学和组织工程学的研究人员合作，进一步探索仿生机器手在神经义肢和肢体再生等新兴领域作为生物制造设备/支架的潜力。”

　　来源：机器之心

　　用芯片技术实现心脏监控

　　作为心脏病患者的福音，美国Endotronix公司科学家近期开发出一款植入芯片，其会在心脏病发作前几个月提醒患者，其传感器的植入仅需要做一个低成本的常规导管术，且在病人一生中都不需要电池或者引线置入。

　　据火石在线（firetone-link）近日报道，美国Endotronix公司成立于2007年，该公司拥有5件专利技术，领域包括开发先进的生物传感器、移动医疗技术和临床服务，并将其应用到新的数字心力衰竭的管理模式中。它提供的心衰病人生物传感器心脏监测解决方案得到了专业机构XPRIZE的认可。

　　其解决方案具体方式是通过微创、低风险的导管插入术，在病人的身体中植入一个微小生物传感器来测量肺动脉压力。

　　Endotronix由心胸外科医生、医学博士Anthony I.Nunez和微型纳米级塑料制造专业机械工程师Harry D. Rowland博士联合创办。他们开发了一种可以在心脏内测量肺动脉压的无线传感器，患者手持一个迷你型iPad大小的设备，在胸部位置放置约15秒钟，该装置便可以将测量出的动脉压力值和信息发送给该患者的健康护理医师。

　　“我们两个都有经历过家人突然发生心脏衰竭的悲剧。”35岁的Rowland说道。他是在2007年整理论文和寻找研究显微机械手更有效的方法时遇到了Anthony，并一起进行了合作。

　　“我们整合了可穿戴设备的数据并使得到的信息更加有意义。”Rowland说：“公司开始研发新型设备，功能为测量人体心脏内肺动脉压力，而这个压力值在心脏病发作前几个月会有警示标志出现，以提醒人们提前做好防范和治疗。”

　　方便、容易、准确的心脏内部压力定期监测是充血性心力衰竭(CHF)有效管理的中心目标，能改善临床结果，并减少CHF住院。充血性心力衰竭(CHF)影响全世界数百万人的生活质量。很多CHF的病人虽然没有明显的不适症状，但是很多日常活动也无法实现。

　　他们往往需要一次又一次的看门诊或者住院。CHF是一种慢性状态，从医院出院后，很多CHF病人的心脏功能无法恢复到入院前的状态。病人每次住院，心脏功能会比以往更受损。目前的CHF治疗方法除了给病人带来损伤，使病人身体更加衰弱外，也消耗了医疗服务付费方有限的资源。

　　全世界有超过2000万人受CHF的影响，每年导致200万人住院。CHF是医疗服务付费方为60岁以上成年人支付的单项最大额的医疗费用。美国每年在心衰治疗上花费320亿美元。CHF相关的医疗服务大约占美国国民医疗保健支出的2%，主要是住院病人的住院费用。通过常规监测病人的状况来预防住院被证明是改善CHF病人临床结果的有效方式。

　　Endotronix芯片监测技术旨在提高病人生命质量，改善临床结果，减少疾病花费，它不同于其他的CHF病人心脏监测解决方案，这个置入物不需要电池或者引线置入，且置入物不会造成血管侵袭。专利技术确保植入传感器使用一种新颖的射频(RF)体系结构通过无线使外部设备获得压力读数。

　　病人只需一天一次，用几秒钟的时间拿着手持设备接近他们的胸部，手持阅读器就会显示监测信息，信息可发送到一个安全的医师检查数据库，这个信息也可以在移动设备上显示，使心力衰竭患者和他们的家庭成员能够与保健团队互动。每天读取监测信息也能使护理团队主动优化病人的个人护理计划，维持健康的压力可防止心力衰竭(CHF)症状恶化。

　　边德 

　　□ 柯普文