World Cup Exoskelett Demo: Hoffnung oder Hype?

Wenn alles nach Plan verläuft, wird heute (12 Juni) bei der FIFA WM 2014 Eröffnungsfeier in Sao Paolo, Brasilien, mit Hunderten von Millionen von Menschen zu beobachten, eine gelähmte Person trägt ein Roboteranzug aufs Feld gehen und tritt den ersten Ball des Turniers.

Die Person wird eine Kappe voll von Elektroden tragen, die erkennen werden Signale des Gehirns Bewegungskontrolle beteiligt, und senden sie drahtlos an einen Laptop-Größe-Computer in einen Rucksack, der sie in Befehle, mit denen der Roboteranzug oder Exoskelett, zu Fuß über den Rasen und liefern den Kick zu übersetzen wird getragen.

Forscher an der Duke University in Durham, North Carolina, haben in jahrelanger Vorbereitung für dieses ehrgeizige Demonstration, die auf weit verbreitete Fortschritte in beiden Gehirn-Maschine-Schnittstellen, baut die verbinden das Gehirn mit Geräten in der Außenwelt, und Exoskelette entwickelt, um Menschen zu helfen, die schwere Behinderungen oder gelähmt sind. [Gelähmt Exoskelett Träger zu World Cup ersten Kick (Video)]

Im Erfolgsfall die Demonstration wäre zweifellos beeindruckend, aber wie groß eine Vorauszahlung, die sie über den aktuellen Stand der Technik repräsentiert bleibt gesehen zu werden, sagen Experten.

Andere Wissenschaftler geäußert qualifizierte Aufregung. "Es ist ein großer Erfolg, wenn es funktioniert," sagte Dr. Anil Raj, Forscher am Institut für Mensch und Maschine Kognition Florida, die nicht zu Fuß wieder Projekt beteiligt ist.

Die Forscher "machen schon eine große Ansammlung — also ich weiß nicht, was tatsächlich stattfinden wird – aber es geht, das erste seiner Art, wenn [sie] dagegen tun können" Raj sagte Leben Wissenschaft.

Eine bewegende Darstellung

Die einzigartige Demonstration ist die Idee von Miguel Nicolelis, eine neuronale Ingenieur an der Duke University.

"Wir wollen bringen Sie das Motiv der Lähmung an die Spitze der Wissenschaft, und Lösungen vorschlagen und so schnell wie möglich vorwärts," sagte Nicolelis Leben Wissenschaft.

Der Brasilien geborene Forscher ist nicht bekannt für seine Feinheit. Er machte sich einen Namen für selbst verfolgt extravagante Kunststücke wie Decodierung ein Affe Aktivität des Gehirns um ein Exoskelett Tausende von Meilen entfernt zu steuern; verbinden die Gehirne von zwei Ratten; und ein Gefühl der Berührung mit einem Affen einen virtuelle Arm mit seinem Gehirn in Betrieb.

Vor ein paar Jahren Nicolelis kam auf die Idee, eine gelähmte Person auf das Spielfeld bei der WM tragen ein Exoskelett zu Fuß durch seine oder ihre eigene Signale des Gehirns gesteuert und machen den ersten Kick. Diese wurde in das gehen wieder Projekt, eine internationale gemeinnützige Organisation, die Forscher aus Duke University, Swiss Federal Institute of Technology und der Lily Safra International Institute of Neuroscience von Natal in Brasilien umfasst.

Exoskelette sind nicht neu – sie haben schon seit Jahren aber sind meist für die Rehabilitation im Krankenhaus verwendet. Forscher an der Cleveland Clinic in Ohio zeigte kürzlich, dass eine Querschnittsgelähmte Person, die in Jahren ging hatte nicht wieder mit Hilfe der ein Exoskelett laufen konnte.

"Während vor, um zu gehen, der Patient müsste eine Deckenhalterung abgehängt werden, jetzt, der Patient ein Exoskelett don kann", sagte Dr. Fred Frost, Vorsitzender der Abteilung für physikalische Medizin und Rehabilitation an der Cleveland Clinic.

Aber die Idee, die ein Patient einfach aus dem Rollstuhl zu Fuß gehen konnte ist wieder ein bisschen weit hergeholt, Frost erzählt Live Science. Die meisten Exoskelette sind Trainingsgeräte für Patienten mit Verletzungen des Rückenmarks und sollen dazu beitragen, vorhandene Muskeln zu stärken und die Funktion von Darm und Blase zu verbessern. [Atemberaubende Fußball: die WM 2014 aus dem Weltraum (Fotos)]

Im Gegensatz dazu wird das Exoskelett, das im heutigen World Cup Demonstration verwendet wird Gehirn gesteuert, mit nicht-invasive EEG oder Elektroenzephalogramm Elektroden, um Aktivität des Gehirns von der Kopfhaut zu erkennen sein. Nicolelis andere Arbeiten verwendet Elektroden implantiert in der Rinde von Tieren, die gedacht wird, um eine präzisere Steuerung zu erzielen. Aber sagte es ist viel mehr invasiv, und galt als nicht sicher genug für die WM-Demonstration, Nicolelis.

Geist-gesteuerten Maschinen

Mehrere andere Gruppen haben Gehirn-Maschine-Schnittstellen in der Lage, steuernden Computer, Roboter-Gliedmaßen und sogar Exoskelette entwickelt. José Contreras-Vidal, ein biomedizinischen Ingenieur an der University of Houston, nicht in den Fuß Projekt wieder, und seine Kollegen engagiert, haben bereits bewiesen, dass ein Exoskelett mit EEG kontrolliert werden kann.

Wie groß der Vorschuss der WM Demonstration sein wird hängt nur von den Grad der Kontrolle die Kicker hat, werden schwer zu sagen, durch das im Fernsehen beobachten Contreras-Vidal erzählte Leben Wissenschaft. Wenn der Benutzer lediglich einen ein-/Befehl Verschieben gibt, wäre weniger beeindruckend als wenn die Person tatsächlich die einzelnen Bewegungen der Gelenke zu kontrollieren.

Das Exoskelett wieder gehen möglicherweise irgendwo dazwischen. Es wird eine "Fusion zwischen den Willen des Patienten zu bewegen und das Gerät" sein Nicolelis gesagt, aber die relativen Beiträge der Person und das Gerät variieren. Z. B. in einigen Fällen die Person bieten einen einfachen Befehl verschieben, Stop verschieben oder Kick starten und das Gerät führt die detaillierte Mechanik, während in anderen Fällen die Person möglicherweise in der Lage zu kontrollieren, wie schnell die Bewegungen ausgeführt werden.

Gehirn-Maschine-Schnittstellen dar eine wachsende Branche, sondern mehrere Exoskelette sind bereits auf dem Markt, kostet zwischen $75.000 und $150.000, sagen Forscher. Aber die Forscher entwarf und baute eigene Roboteranzug für die Demonstration gehen Projekt wieder. Abgesehen davon, dass Gehirn gesteuert, liefert es sensorisches Feedback darüber was die Füße auf den Boden berühren und wo sind sie im Raum über künstliche Haut, die Geschwindigkeit, Druck und Temperatur Sensoren enthält. Die taktile Informationen zu den Waffen des Trägers durch eine vibrierende Hemd weitergeleitet wird, sagten die Forscher.

Nicolelis' Team wählte insgesamt acht gelähmte Patienten, für die Demonstration zu trainieren – sechs Männer und zwei Frauen – basierend auf ihrer Leistung mit dem Gerät. Die Patienten reichen im Alter von Mitte 20 bis Ende 30.

Ausbildung der freiwilligen dauerte etwa drei Monate — "überraschend weniger Zeit als ich dachte," sagte Nicolelis. Wenn alles gut geht, könnte einer von ihnen auf dem Gebiet heute Abend Schritt aus.

"Es ist auf jeden Fall machbar", sagte Contreras-Vidal. Aber "am Ende des Tages, es wird durch Peer-reviewed Publikationen und Konferenzen, die wir wissen, was vor sich geht" auf technischer Ebene, sagte er.

Dennoch viele Dinge schief gehen könnte, während die heutige Demonstration, aber die Sache Nicolelis ist am meisten besorgt ist Regen, der die Elektronik durcheinander bringen könnte. "Regen nicht gut wäre," sagte er, "aber die Prognose ist für einen sonnigen Nachmittag."

Hier finden Sie Informationen dazu, wie Sie die WM live zu sehen.

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