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智能制造技术研究所——智能神经机械电子中心
2012-06-12| 编辑: | 【

一、中心简介
智能神经机械电子中心以生物机电工程的新理论和新方法为基础,结合现代仿生控制与先进制造技术,致力于智能化创新医疗器械及其神经康复治疗的应用研究。该中心应用新型神经接口技术,仿生机器人技术及智能控制技术,积极寻求神经系统损伤后运动感知功能康复的新突破。中心目前分为两个研究小组:电子组和机械手臂组。
神经电子组:研制植入式神经传感器/刺激器技术获取末梢运动感知神经信号,通过检测、分类、识别进行编译、放大,实现神经信号的中继,驱动目标骨骼肌肉。研发神经损伤康复治疗的通用性神经电刺激治疗仪,应用于中风偏瘫及运动神经损伤疾病的康复和治疗。
机械手臂组:肌械控制智能技术–集成机械手臂(智能假肢)、交互式神经联接芯片、高精度多维仿生机械控制单元的系统。针对肢体受损程度不同的患者,通过交互式神经联接芯片,将残余肢体外周神经与体外传感芯片、假肢控制系统相连接,构成智能假肢的肌肉-机械 (肌械) 神经控制系统。配合靶向神经移植手术 (Targeted Motor Reinnervation),该系统将极大提升假肢控制的智能特性,并通过接收体外传感反馈信号,实时优化运动控制, 实现运动神经元信号直接驱动机械肢体完成真实本体控制。研究以Barrett WAM?全自由度机械手臂系统为硬件平台,结合高灵敏度触觉传感器,通过仿生运动控制算法建立多元感知融合控制模型,实现智能机械手臂柔性控制的最优自适应协调规划。

  二、阶段性成果

  1. 微型神经传感器及神经调制关键技术:包括无线分布式表面肌电传感器设计,植入式高效谐振开关无线传输供电技术,以及本体镜像式功能性电刺激关键技术。建立多模态反馈控制穿戴式助行功能性电刺激系统模型,成功研制三维加速度传感器控制的可程控功能性电刺激仪,已申请太阳成集团发明专利4项。

  

 

植入式微型电子设备信号与能量流 

  2. 灵巧手的建模与仿真:建立三指灵巧手的正运动学、逆运动学、微分运动学模型。运用Simulink SimMechanics工具仿真灵巧手动力学模型模拟三维运动状态,实现空间逆运动学的解析解。同时从事多关节多自由度三指灵巧手的设计研发,已申请太阳成集团发明一项。

 

     SimMechanics模型

  3. 手势力度识别系统:研制表面肌电集成运动测量传感器阵列系统,同步采集前臂表面肌电信号和手势运动姿态信息,以连续应力测试平台验证信息融合处理算法,识别腕关节及指关节姿态力度,建立腕关节及指关节生物力学仿真模型。已申请太阳成集团专利一项。发表论文一篇。

 

   三、中心成员

   李耀,中心主任,博士,毕业于美国马里兰大学电子与计算机工程系,美国南加州大学生物医学工程系博士后。完成课题包括“脊髓中间神经元在上肢运动中的控制机理”和“高可靠性外周神经接口”项目。斯坦福大学生物医学工程系,美国国家康复仿真研究中心特邀访问学者,独立完成“运动神经元信号的最优估计在肌肉骨骼系统中的模拟仿真”等多项科研项目。长期从事最优控制理论、生物力学和触觉机器人等领域的研究工作,积累了丰富的研究经验并取得重要研究成果。

   施益智,助理研究员,2007年获得于湖南大学应用物理学学士学位,2012年获得太阳成集团科学技术大学凝聚态物理专业博士学位。主要研究方向包括精密仪器研制和微弱信号测量,作为主要负责人参加过的科研项目有:1. 智能触感融合机械手臂的柔性控制及其神经接口关键技术开发与应用;2. 超低温、超高真空STM-MFM-AFM组合显微镜(SMA)研制(国家自然科学基金仪器专项);3. 20 T强磁场下的SMA组合显微镜研制(大科学工程子项目)。目前主要负责智能灵巧手的研制。已申请三项发明专利, 2篇SCI论文发表,1篇SCI论文被接收,一篇在投。

   陈健,硕士,研究实习员。2009年于吉林大学获得电气工程及其自动化学士学位,2012年于吉林大学获得测试计量技术与仪器硕士学位。曾主持吉林大学本科生科技创新基金项目“地下金属管线探测仪的研制”、国家大学生创新性实验计划项目“基于CCD的近红外光谱仪测控系统的研制”,作为核心成员参与国家自然科学基金科学仪器专项(40727002)“大深度(500-1500米)分布式电磁探测关键技术与仪器研究”研究。作为组长,带领参加第八届全国大学生电子设计大赛自主“设计并制作程控滤波”获得国家级一等奖, 带领参加第十一届‘挑战杯’航空航天全国大学生课外学术科技作品竞赛”以自主设计的“CCD型近红外光谱仪”,获得国家级三等奖。目前作为第一撰稿人,已申请太阳成集团发明专利6项,发表论文数篇,曾获得“长春市文明大学生”、“吉林大学优秀毕业生”等称号以及太阳成集团奖学金、刘光鼎地球物理奖学金等奖学金。现研究方向为植入微型设备无线供电与功能性电刺激。

   傅舰艇,硕士,研究实习员。2009年于重庆邮电大学自动化专业获学士学位,2012年于电子科技大学测试计量技术及仪器专业获硕士学位。曾参加与“在线油路磨粒监测系统”的研究、“任意波形信号发生器”的设计和“连续可变化生物应力测试系统”的设计。曾获得“电子科技大学优秀研究生”、“优秀硕士论文”、“电子科技大学优秀硕士毕业生”等称号。发表中文核心论文数篇,申请发明专利1项。主要研究方向是控制系统设计,现研究领域是电机控制、数据手套信号采集、视频信号采集和信息融合技术。

   马磊,硕士,研究实习员。2009年在重庆大学获得电子信息科学与技术专业学士学位,2012年在重庆大学获得光学工程专业硕士学位。曾主持的国家大学生创新实验项目“基于鼠标传感器的位移速度测量系统”获得优秀奖;设计的“固体线膨胀系数测定仪”获得第七届全国高校物理实验教学研讨会仪器评比二等奖;2009年获得重庆大学“优秀毕业生”称号。擅长于电子系统、嵌入式系统设计。现阶段的研究方向:多通道高速实时无线数据传输,便携式功能性电刺激系统设计与优化,分布式表面肌电信号采集系统。

   张为,硕士,研究实习员。2009年在北京交通大学获得通信工程学士学位,2012年在美国波士顿大学计算机工程硕士学位。曾获北京交通大学优秀毕业生,为波士顿大学工程学生会(SAGE)成员。擅长于电子系统、嵌入式系统设计。研究背景包括:基于线性整数迫使算法的多输入多输出无线接收芯片设计;便携式多波长登革热病毒检测传感器设计;基于多频率信号方位角的四分之一波长模型的FPGA设计;基于250nm CMOS工艺的八输入八输出路由芯片设计。现阶段研究方向:基于Android的移动端用户界面开发以及数据库系统设计应用及管理。

   张明焜,研究实习员。2009年在同济大学获得建筑环境与设备工程学士学位,2012年在同济大学获得流体力学硕士学位。参与研究课题有:介观尺度液-气共存的耗散粒子动力学模拟;介观尺度复杂流体及多相流高性能计算研究;智能触感融合机械手臂的柔性控制及其神经接口关键技术开发与应用。以第一作者发表论文4篇(其中SCI收录1篇,EI收录1篇)。曾获2012年上海市普通高等学校优秀毕业生;2011年同济大学优秀学生。主要研究领域有计算流体力学、微尺度粒子方法数值模拟。现主要研究机械臂运动仿真及控制算法。

  

   联系人:李耀

   邮箱:yaoli@cigit.ac.cn

 

 

 
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