通過微機電系統傳感器對體內某些指標進行測量,同時微機電系統執行器可直接作用於器官或病變組織進行更直接的治療,同時系統可以通過微機電系統能量收集器進行無線供電,多組單元可以通過微機電系統通信器進行信息傳輸,隨時掌握病患的健康情況,這對醫療的進步有着巨大的推動作用。
雖然說微機電系統醫療離成熟運用還有不短的距離,不過跟直接在病患的腦部植入電極這樣的方式社會的包容度更高,也更容易實現。
機器人實驗室現在雖然也跟國內的醫科大學正在合作進行腦機接口的研發工作,但是現階段來說要想捕捉到大腦神經元發送的各種信號已經是極爲困難的事情了。
楊傑前世的時候也是看過腦機接口方面的文獻資料,別看人類的大腦只是一個果凍球大小的東西,光是大腦外層的皮質層裡面就有有大約200億個活躍的神經元,整個皮質的體積大約爲50萬立方毫米,在這個空間裡大約有200億個神經元細胞體。
光是如何區分這些神經元細胞體的不同功能就已經是史詩級難度了,而且細胞體只是神經元的一小部分結構,這些細胞體會伸出許多扭曲分岔的樹突,而且這些樹突向下當它向下延伸到脊髓和身體,它們在皮質裡面就像是一團密密麻麻的帶電意大利麪。
而每個神經元都擁有高達1000達到10000個通向其他神經元的突觸連接,超過20萬億個獨立的神經連接,這些不同部位的神經元彼此交錯連接在一起。
每個神經元的電壓都是不斷變化的,這個變化頻率可以達到每秒數百次。而且這些神經元的突觸連接會經常改變大小,消失,然後重新出現。
更恐怖的是而且皮質層裡面還混雜着大量的其他的細胞,其中就有一種叫做膠質細胞的東西,這種細胞有許多不同的變種,分別負責不同的功能,比如清掃釋放到突觸內的化學物質,用髓鞘包裹軸突,以及作爲大腦的免疫系統,數量跟神經元的數量差不多。
如何將它們區分開並且記錄它們釋放的生物電信號並且分析出來,在現階段來說都是人類有史以來最艱鉅的一項挑戰,這個時間也許需要數十年,也許需要上百年都不止,放在現在來說就是一件不可能完成的任務。
工程師們也不是在實驗室裡有用不完的大腦可以擺弄,而且大多數人都不太願意自己的腦袋被這些科學家掀開在裡面進行研究。
現在從大腦神經元得到信號的方式有侵入式和非侵入式兩種,而侵入式又分幾種,不過採用的方式都是差不多——
這些神經科學家用金、鉑或銥製成一個直徑在10到30微米之間的金屬線,然後穿到一支直徑大約一毫米的玻璃毛細管中,然後把這個東西放在火焰上翻轉加熱,直到玻璃軟化,像製造光纖一般講玻璃管給拉長,變得非常細,最後得到的是一個帶有玻璃絕緣層的堅硬電極,頂端可能只有幾十微米大小。
這些腦神經醫學家會將這些堅硬的電極穿過顱骨被植入到大腦表面——硬腦膜的上面或者下面,或者大腦皮層的表面和內部。
現在有的科學家正在研發一種膜片鉗的技術,這種電極的頂端會被移除,剩下一根細小的玻璃吸管,將神經元細胞膜的一部分吸進玻璃管內,從而實現更精確的測量。
還有一種比較極端的是電極刺穿細胞膜,並完全進入神經元內部,這種方法叫做尖銳電極記錄,這種辦法有非常大的可能破壞神經元細胞,被刺穿的神經元無法長時間存活。
這些侵入大腦的電極非常容易損傷大腦,而且會跟跟大腦發生排斥的情況,非常具有危險性,所以在國外也是遭到了非常多的反對聲音。
這種方式非常粗暴和野蠻,跟四五十年前爲了治療腦部疾病就將病患的病變的腦部進行切除一樣原始。
由於對大腦的認識和已有的電極硬件都非常原始,所以國外的相關的研究主要集中在製作一些簡單的接口,比如運動皮質和視覺皮質,而且這方面已經取得了不小的突破,比如說人工耳蝸和視網膜假體的產品技術的出現。
截止到現在爲止,已經有十多萬耳聾人使用了人工耳蝸,其中半數以上是兒童。
現在全世界已把人工耳蝸作爲治療重度聾至全聾的常規方法,人工耳蝸是目前運用最成功的生物醫學工程裝置。
雖然現在視網膜假體能以類似於耳蝸假體修復聽覺的方式修復視覺,將信息以電子脈衝的形式傳遞給神經,是比耳蝸假體更復雜的一種腦機接口。
雖然現在視網膜假體還沒有面市,但是國外的一些公司的研發都已經取得了不小的突破。
在前世的記憶中,第一款得到美國食品藥物管理局批准的視網膜假體面世是在2011年,這款視網膜假體帶有60個傳感器,相比較而言,真正的視網膜擁有大約100萬個神經元,雖然這款假體顯得很粗糙,但是至少已經可以讓失明者可以看到物體模糊的邊緣、形狀和明暗變化,這總比什麼都看不見要好。
而且其實帶有600到1000個電極的視網膜假體已經足以提供閱讀和人臉辨別的視力。
現在腦機接口研發部門集合了差不多有數名科學家,分別來自腦科學、電化學、生物學、微電子工程等領域,並且和國內的好幾所醫科大學合作,正在全力地研發關於運動皮質和視覺皮質的腦機接口技術。
尤其是在運動神經元的研發上國內有好幾所大學都有這方面的研發,腦機接口部門在運動神經元的生物電信號方面有了一定的進展,現在已經解析出了一些神經元控制四肢肌肉做出動作的生物電信號。
第二代外骨骼機器人現在使用的傳感器是依靠感受到使用者的肌肉壓力變化來實現外骨骼的機器人的動作控制,如果使用者肌肉沒有萎縮還是能夠使用的,但是在面對肌萎縮脊髓索硬化和高位截肢的病患就有些無能爲力了。
研發團隊也是向楊傑提出了研發新型的傳感器技術,讓傳感器可以直接探測到使用者脊髓運動神經元發出的電信號,比起單純依靠肌肉抽動來控制的方式,這樣的操控可做到更精確,可完成的動作也更復雜,這能讓外骨骼機器人在在使用上更接近直覺控制,對傷殘人士的用處也會更大,實用性隨之大大提高。
楊傑也是批准了這個研發項目,總部撥付了1500萬美金的研發經費,項目研發時間爲三年,要求團隊在三年內拿出第三代外骨骼機器人,同時總部也撥付了800萬美金讓聖思諾公司在華夏國的研發中心研發新型的微機電傳感器。
機器人研究實驗室另外還有一個仿生機械手臂的項目和視網膜假體的研發項目。
楊傑也是希望研發團隊能在十多年的時間裡面可以讓仿生機械手臂能夠完成移動假肢肘關節、擺動假肢手腕、開合手掌等動作,可實現真正手臂和手腕的大部分基本功能。
能夠做到這個,不僅僅是幫助殘障人士,而是能夠讓機器人就可以開始進入更多的行業領域。
現在的機器人只能侷限再一些特定的行業,比如說汽車生產線上面,機械手還是沒辦法做到像人類一樣那樣靈活。
通用性的仿生機械手纔是楊傑想要做到的。