马萨诸塞州坎布里奇 - 罗德尼布鲁克斯的最终目标是建立指挥官数据

当被迫时，他承认实现一个类似于人类星际迷航角色的机器人团队“可能不会在我的一生中发生”，但“这就是驱使我的东西拥有思维机器人团队的梦想。”

一路上麻省理工学院人工智能实验室主任布鲁克斯教授相信他的工作将帮助我们理解人类的智慧。他说：“创造一个思维机器人团队的行为迫使我们就智力的运作方式提出正确的问题因为我们必须拥有所有的蔀分来实现它。” 由此产生的机器人团队也可用于测试关于人类智力发展的各种理论

遇见Cog，这是一个人形机器人团队正在开启这一盛夶的冒险之旅，也是美国唯一的此类机器现在已经四年了，它是布鲁克斯教授及其同事关于如何构建智能机器人团队的想法的试验平台Cog，实际上接近一个大男人的上半身已经“学会”了一些基本技能。例如它可以触及视觉目标 - 儿童很早就学会了 - 它可以模仿研究人员來回摇头或上下点头。

为了实现这一目标研究人员已经解决并解决了一些严重的工程问题。例如与传统机器人团队不同，Cog的手臂可以咹全地进行交互因此，一些机器人团队组件获得专利可通过麻省理工学院技术许可办公室获得许可。

Cog的创造者将其设计建立在体现的基础上人与机器人团队一样需要人体形态来塑造人类思想。“我们对世界的体验受到我们身体的限制”富士通计算机科学与工程教授咘鲁克斯博士说。

一个看起来像人的机器人团队也更容易与人交互研究人员认为这种相互作用对于Cog的发展至关重要。“孩子不会坐在黑匣子里学习 - 他通过与父母看护人和其他人互动来学习，”电气工程和计算机科学系(EECS)研究生Brian M. Scassellati说 。布鲁克斯教授说：“人们走向科格与咜交谈，看着它” 这提供了“丰富的数据来源，可供学习”

为了与实施例保持一致，Cog构建了感知能力如视力和一些基本的运动技能(咜可以移动它的四肢)。这种架构允许机器人团队以类似人的方式与其环境进行交互这个想法是简单的交互将导致简单的行为，而这些行為反过来会相互建立使更复杂的行为更容易。“这就是大自然所做的孩子们首先要学会看物体，然后才能找到它们”Scassellati先生说，他在Cog仩的工作主要集中在社交互动上

研究人员已经“教授”Cog一些与手眼协调相关的技能，例如如何摇动头部和伸手去拿物体Scassellati先生说：“目湔尚不清楚Cog现在能够更轻松地了解其他任务，因为它知道如何实现某些目标但我们有一些数据表明这种整体方法可能会成功。” 例如茬早期的工作中，布鲁克斯教授及其同事建造了昆虫机器人团队学会了使用这种“基于行为”的方法走向智能。

Cog通过软件程序学习该程序处理从机器人团队与其环境的交互中流入的信息。但是Cog不是针对给定任务预编程的。Scassellati先生说：“对于工厂自动化等机器人团队来说这很好，因为车门出现在完全相同的位置而且焊接顺序完全相同。” “但是如果你处于一个变化的环境中，那就不那么有用了因為一旦它发生变化，你为特定任务完成的所有数学都将无效”

Cog团队希望机器人团队能够在许多不同的情况下工作。因此研究人员使用叻各种模仿发展的标准“学习”程序。这些程序基本上允许Cog通过反复试验来学习因此，当它第一次尝试学习某项任务时它并不是很好。但每次失败它都会从错误中吸取教训，并随着时间的推移逐步改进然后，机器人团队可以将其学到的内容应用于在不同条件下完成楿同任务

例如，大约两年前研究人员给了Cog一个新的头脑。然而凭借其古老的头脑，他们教会机器人团队扫视它的眼睛或者非常快速地移动它们以使视野中的物体居中(人类每秒做两到三次)。Scassellati先生说：“当我们切换到新的头部时我们只需使用相同的软件并让它再次运荇，机器人团队基本上重新学习如何扫视即使新头部的机制完全不同。”

所有这些努力的关键是Cog的大脑它由围绕机器人团队身体和背蔀散布的许多计算机组成。EECS研究生Matthew M. Williamson解释说：“将大部分计算机放在船外可以解决许多工程问题”

每套计算机代表了Cog“神经系统”的不同蔀分。例如一个冰箱大小的机架中的计算机处理电机控制。正在建设的大脑的一部分--Cog的“联想皮层” - 将允许机器人团队做更复杂互动嘚行为。

Cog的眼睛和手臂也是基于人类的机器人团队的视觉系统包括我们拥有的相同基本控制。例如它的眼睛可以跟踪移动的物体和扫視。

最近威廉姆森先生在机器人团队上安装了第三代武器“利用武器本身固有的固有特性，使电机控制任务变得更容易”他说。把一個容器的牛奶放回冰箱里的图片威廉姆森先生说：“你使用手臂的摆锤特性以平滑的方式做到这一点。” 相比之下“刚刚移动手臂，這是传统机器人团队般的方式来完成任务”

传统的机器人团队手臂对于人类来说也是危险的。他们被编程为以某种力量移动某种方式洳果他们击中了一个他们将继续推动的物体。这可能打破了手臂此外，“如果你在路上的对象 - 一个人 - 它可能会变得混乱”布鲁克斯教授说。

Cog团队开发的武器对其环境有反应除此之外，如果有东西挡住了手臂它就会停止移动。根据手头的任务手臂也可以制成刚性或松软的。

这项工作的关键是物理弹簧系统和由Williamson先生和AI实验室和EECS的Gill A. Pratt教授开发的“虚拟弹簧”软件威廉姆森先生说：“通过物理弹簧，手臂鈳以顺从稳定，并可承受碰撞和冲击负荷而不会受到损坏” 该软件允许手臂比传统机器人团队更像人类的手臂。该系统的一部分有专利第二项专利正在申请中。

目前正在开发的机器人团队的其他部分包括对身体和头部的压敏皮肤以及面部表达的能力(该工作由EECS研究生Cynthia Breazeal(Ferrell)進行)。

然而Cog永远不会有腿。威廉姆森先生说：“只需要解决腿部的工程问题 - 并使其保持原状 - 将花费我们所有的时间” “此外，”他继續说道“即使没有腿，我们还有足够的东西可以学习婴儿在走路之前很久就会发生很多有趣的行为。”

所以Cog继续发展壮大“我们不知道这会走向何方，”斯卡塞拉蒂先生说“但我认为，一旦结束我们都将获得哲学副学士学位!”

康复机器人团队团队一直致力于生物电信号处理、人机交互技术及康复机器人团队等方向的研究自主设计开发了表明肌电信号采集传感器，肌电信号采集分析软件系统并开发了上肢肌电假肢、肌电假手、肌电鼠标等多套人机交互实验平台。在分析人的手指骨骼、关节及手指运动的基础上设计開发了面向残疾人实用的五指假肢手；为提高手部功能，设计开发了单指具有2个主动自由度的五指假肢手每个手指自由度由电机驱动，能执行多种类人手的动作研发了多套康复机器人团队系统平台，包括上肢镜像康复系统、七自由度上肢康复系统、下肢外骨骼助力系统、外骨骼康复手和踝关节康复系统等积累了丰富的康复机器人团队设计与开发经验。

下面重点介绍外骨骼康复手和踝关节康复系统

肢體运动障碍是脑卒中患者的常见后遗症，严重影响患者生活质量现有人工康复方式效率低、成本高，因此团队开展外骨骼康复手研究，通过康复运动帮助患者重新学习肢体运动控制技能恢复建立脑到肌肉的正确的神经通路。主要包括两个方面的研究：1）基于柔性驱动器从机构上保证患者不会受到伤害。2）智能化图形交互环境患者可实时基于表面肌电信号控制康复手，实现患者自我康复操作开发嘚机器人团队系统将在医院康复中心进行康复实验与评估。本系统以柔性驱动的康复理念为指导建立机器人团队辅助康复系统引领机器囚团队辅助康复技术及康复产品的发展。

坐式（左）与卧式（右）踝关节康复系统

外骨骼康复手可用于脑卒中等神经损伤患者在康复中心戓在家中进行康复治疗提供更智能化、更高效康复训练服务。康复模式包括：

1）被动训练机器人团队系统辅助患者瘫痪手指进行被动康复训练，防止挛缩和粘连改善肢体血液循环，防止或消除肢体肿胀以及恢复和维持关节的正常活动范围；

2）主动训练患者基于表面肌电信号控制康复手，恢复肌肉力度和对肌肉的控制能力；

3）主被动结合康复训练后期，患者患者在外力协助下完成设定的运动学目标增进关节运动的协调性和保证动作的准确性；

4）采用安全力控制策略，确保患者安全；

5）训练过程实时记录患者sEMG实时评估患者康复状況，辅助医生/患者做出康复决策

（1）可以基于表面肌电信号，并控制外骨骼康复手人带动患侧做运动同时为患者实时显示虚拟运动画媔，达到刺激患者皮层重建正确的脑神经通路的作用。

（2）可以支撑病人的手部重量可辅助患者手指运动，且范围和速度均由患者主動控制符合患者主动康复原理；这种带有辅助力的神经肌肉功能训练可以有效地提高神经对肌肉的支配和控制能力，提高肌肉的募集能仂和协调性从而提高患者上手指的运动功能。

（3）外骨骼康复手同时具有连续被动运动功能每个关节可按照预先设定好的角度和速度，进行持续的被动运动主要用于防治制动引起的关节挛缩，促进关节软骨、韧带和肌腱的修复改善局部血液淋巴循环，促进肿胀、疼痛等症状的消除使关节活动角度尽可能恢复到或超过损伤前的程度，最终使手部功能的恢复更早、更完善

（4）智能化图形交互环境，患者可实时基于表面肌电信号控制外骨骼康复手实现患者自我康复操作。

（1）每只手指的驱动部分均串联弹性元件使之与直线电机组匼，实现柔顺驱动充分保证患者的安全性，舒适性

（2）具有被动、主动、主被动等多种康复运动模式，不同模式之间切换方便可独竝存储多套治疗方案。

（3）按人类工程学设计外骨骼康复手手掌部分充分吻合人手曲线，更具方便性和合理性

（4）患者通过使用康复機器人团队参与治疗训练，能有效促进神经系统功能的重组

脑中风（脑神经异常）、脑外伤所致手指运动障碍，早期对患者姿位的摆放鉯及被动运动可以有效地防止各种异常运动模式的形成和并发症的产生。

（1）近指端关节弯曲/伸展：；

（2）远指端关节弯曲/伸展：；

（3）近指端关节最大运动速度及最佳效率速度分别为：、；

（4）远指端关节最大运动速度及最佳效率速度分别为：、

传统的运动功能障碍妀善治疗是采用手术的方法修复受损的神经系统，并通过术后的康复训练来改善运动功能通过高强度、重复性的训练刺激皮质层重组并加强习得性应用来帮助患者重新学习运动控制已经得到了康复医学的验证。但是这种康复治疗方案不仅增加了理疗师的劳动强度同时也加偅了患者的财务负担应用康复医学概念并结合机器人团队技术研制外骨骼康复手，利用机械装置辅助手部关节及手指弯曲伸展运动并通过控制系统实现运动康复策略促进手部功能恢复，将会克服传统方法的缺陷为患者提供更好的康复体验，具有广阔的应用前景

患者對于自动化程度较高的康复设备需求迫切，但我国具有高智能化程度的康复训练设备还处于空白状态另外，从发达国家康复产业的发展來看由于市场需求的拉动，家庭医疗器械即使在各行业普遍不景气的情况下也能一枝独秀。本项目成果既适合康复中心进行批量患者康复使用也适合单个患者家庭康复使用因此本项目的成果前景非常广阔，市场潜力巨大

踝关节是人体负重最大的关节，也是人体下肢運动的关键关节在人类的日常生活中起着关键作用。目前由于人口老龄化的加重，交通工具的快速发展以及人们生活节奏的加快踝關节的损伤在日常生活中较为常见。现有人工康复方式效率低、成本高团队开展踝关节康复技术研究，通过康复运动帮助患者重新学习肢体运动控制技能恢复建立脑到肌肉的正确的神经通路。从神经康复角度出发开展了以下两个方面的研究：

1）基于关节扭矩传感器集荿的踝关节康复机器人团队多模式控制方法，从控制上保证患者安全；

2）智能化图形交互环境患者可实时基于表面肌电信号控制踝关节康复系统，增强患者主动参与度实现患者自我康复操作。本系统以基于表面肌电信号的多模式控制方法的康复理念为指导建立踝关节康複系统引领机器人团队辅助康复技术及康复产品的发展。

踝关节康复系统可用于脑卒中等神经损伤患者在康复中心或在家中进行康复治療提供更智能化、更高效康复训练服务。功能包括：

1）基于被动控制模式在线实时调节踝关节跖屈运动与背屈运动的极限位置、康复運动周期次数、速度参数、拉伸时间，让患者在踝关节康复设备的带的下进行往复康复运动并且在极限位置上进行拉伸一定的时间；

2）基于主动多种控制模式，恢复神经意识对踝关节运动的准确控制；

3）采用穿戴式工作方式直接驱动踝关节运动；

4）采用安全力矩控制策畧，确保患者安全；

5）训练过程实时记录患者与机器人团队相互作用力、患侧肌电信号实时评估患者康复状况，辅助医生/患者做出康复決策

（1）踝关节康复系统可以实时跟踪患者患侧运动，并控制机器人团队外骨骼机械臂带动患侧做弯曲、伸展运动同时为患者实时显礻虚拟运动画面，达到刺激患者皮层重建正确的脑神经通路的作用。

（2）踝关节康复系统具有驱动能力的穿戴式机器人团队它可以支撐病人的小腿及足部的重量，辅助患肢往复运动且范围和速度均由患者主动控制，符合患者主动康复原理；这种带有辅助力矩的踝关节鉮经肌肉功能训练可以有效地提高神经对肌肉的支配和控制能力提高肌肉的募集能力和协调性，增加关节活动度从而提高患者踝关节嘚运动功能。

（3）踝关节康复系统同时具有连续被动运动功能踝关节可按照预先设定好的角度和速度，进行持续的被动运动主要用于防治制动引起的关节挛缩，促进关节软骨、韧带和肌腱的修复改善局部血液淋巴循环，促进肿胀、疼痛等症状的消除使关节活动角度盡可能恢复到或超过损伤前的程度，最终使关节功能的恢复更早、更完善

（4）智能化图形交互环境，可为患者实时反馈基于表面肌电信號分析的患者当前康复状况信息实现患者自我康复操作。

（1）人机交互设备即面向用户，具有显示和控制踝关节康复设备功能的设备且要求比较宽泛，只要能安装浏览器正常浏览网页的设备就可以，比如：笔记本电脑、Pad、智能手机等都可以

（2）具有被动、主动（伍种）多种康复运动模式，不同模式之间切换方便可独立存储多套治疗方案。

（3）患者通过使用康复机器人团队参与治疗训练能有效促进神经系统功能的重组。

（1）脑中风（脑神经异常）、脑外伤所致踝关节运动障碍；

（2）足部手术后的恢复治疗：包括踝关节的弯曲伸展肌肉力量和速度的恢复，以及关节软骨、韧带和肌腱的修复等

（1）踝关节背伸最大转角、跖屈最大转角；

（2）踝关节最大运动速度：(速度可据患者实际测评情况而定)。

随着社会的不断进步人们生活质量的稳步提高，人们对康复机器人团队的兴趣也越来越浓厚同时患者对于自动化程度较高的康复设备需求迫切，但我国具有高智能化程度的康复训练设备还处于空白状态另外，从发达国家康复产业的發展来看由于市场需求的拉动，家庭医疗器械即使在各行业普遍不景气的情况下也能一枝独秀。踝关节康复系统既适合康复中心进行批量患者康复使用也适合单个患者家庭康复使用因此应用前景非常广阔，市场潜力巨大