Unique Lab为残疾人创造无障碍和移动解决方案
团队开发辅助技术，从爬路缘的机器人轮椅到脑机接口
罗里·库珀博士年仅20岁，在去看望他未来妻子的路上，一辆公共汽车把他骑的自行车撞下了德国的一条公路。事故的结果是，美国陆军中士库珀博士脊髓严重受伤，腰部以下瘫痪。他说，在他发生事故时，他可以选择的轮椅是批量生产的，80磅重的金属庞然大物。这些一刀切的椅子很难与他或他朋友的生活方式相匹配。所以他开始着手创造更好的东西。
“在这种情况下，需求确实是发明之母，”库珀博士说。
从理念到创新
在加州大学圣巴巴拉分校(University of California at Santa Barbara)完成电子与计算机工程(生物工程方向)博士学位后，库珀前往东部，在匹兹堡大学(University of Pittsburgh)开设了实验室，至今仍是该实验室的负责人人类工程研究实验室(假蝇)。
今年是HERL成立25周年，HERL是一个一站式的商店，从想法到制造可达性和移动性项目。根据实验室大量的项目、专利和成功的创业项目列表，很容易看出这样的环境是如何轻易地为创新服务的。该实验室拥有30000平方英尺的专用空间，是数十名全职员工以及本科生、研究生和研究生研究人员的家。
多样性的好处
库珀博士说，多样性和广泛的学术专业知识是他从HERL的想法开始就设定的目标。
“我最初的目标是让康复的所有领域都参与到实验室中来，”库珀博士说，“从机械和电气工程师到临床医生和医学博士。”
库珀博士和HERL博士后研究员杜瓦尔博士都认为，实验室的创造力不仅来自于其所代表的领域的多样性，还来自于其工作人员的性别、种族、文化和损伤程度的多样性。包括杜瓦尔和库珀在内的大部分研究人员都有残疾。库珀博士说，这些观点对于确保一个在纸上可行的想法在进入制造过程后仍然有意义是非常宝贵的。
开设实验室后不久，库珀博士发现，即使这样也不够。据HERL博士后Jorge Luis Candiotti博士介绍，该实验室现在拥有近15个学科，包括一些专注于商业方面的学科。Candiotti说，这种混合学科的方法帮助他们在设计时超越自己的视角，然后为最终用户创造出更有价值的产品。2022世界杯八强谁会赢？
Annmarie Kelleher，职业治疗师和临床康复专家(左)，Dr. Jonathan Duvall和Dr. Jorge Candiotti(右)在HERL讨论MeBot椅子。
图片来源:假蝇
Candiotti说，这种方法也帮助他们实现HERL和Cooper博士的关键目标之一:将这些产品推向市场。2022世界杯八强谁会赢？库珀博士说，如果没有这些，他们实验室里的创新就永远无法到达当地和国际社会中真正需要它们的人那里。
世界杯预选赛小组名单社区主导型项目
库珀博士说，当他们在实验室里寻找新想法时，首先会去的就是这些社区。库珀博士说，他们据此进行了一个简单的计算，以确定哪些项目应该继续进行，哪些项目应该放弃。
“影响会有多大?”库珀博士说。“这个想法能影响多少人?”
杜瓦尔博士说，任何时候都至少有50个项目在进行中。这些项目五花八门，从改进轮椅设计，如压缩空气动力的充气椅或适应地形的MEBot，到为看护者设计辅助技术，如一个名为StrongArm的项目，帮助看护者将爱人从轮椅上抱起来。该实验室还使用虚拟现实和脑机接口技术来评估和设计人体对正在创建的辅助技术做出更直观反应的方法。
“影响会有多大?”这个想法能影响多少人?”
罗里·库珀博士，人类工程研究实验室
除了研究人员可以利用设备齐全的内部机器车间完成的项目外，他们还在研究一些不太容易量化的问题，比如杜瓦尔博士关于人行道粗糙度及其与可达性之间关系的研究。在HERL, Duvall博士通过模拟环境并在测试轮椅上绑上加速计来评估不同的粗糙度等级，以观察不同程度的不平坦对骑行体验的影响。Duvall博士说，对于这个项目以及HERL的许多其他项目，他求助于MATLAB®和仿真软件®处理数据，帮助他模拟不同城市中最容易到达的人行道。
这个项目曾经是HERL的创意，现在已经转变为HERL的公司PathVu杜瓦尔是该公司的联合创始人。PathVu是该实验室自成立以来帮助创办的11家初创公司之一。
新视野和新视角
在展望辅助技术的未来时，杜瓦尔博士和坎迪奥蒂博士说，他们看到了自动辅助车辆以及更多用户定制化的趋势。
“我们的目标是帮助用户获得更多的机动性和功能，”库珀博士说，“这样他们就有机会扩展自己的环境。”
HERL的MEBot轮椅可以适应不同的地形。
图片来源:假蝇
研究人员提出的实现这种定制的方法之一是设计一个轮椅的标准模型，然后可以根据个人用户的需求进行定制。通过使用基于模型的设计与Simulink，一个轮椅设计的改进可以很容易地适应新的设计。
“我们的目标是帮助用户获得更多的移动性和功能，这样他们就有机会扩展自己的环境。”
罗里·库珀博士，人类工程研究实验室
他们已经在使用的另一种方法是研究为用户创建脑机接口的好处。这些技术的工作原理是在上肢运动受损的个体的运动皮层(大脑中负责传递运动信号的部分)植入带有传感器阵列的小型集成电路。通过思考移动肢体，用户触发神经信号，然后植入的芯片能够解释并传递给附近的机器或辅助技术，从而产生动作。在试验中，用户学习移动电脑光标和在虚拟环境中导航。杜瓦尔博士和坎蒂奥蒂博士说，这项技术最终可能被用于让这些用户也能操作自己的轮椅。
当谈到自25年前开办HERL以来发生了多大的变化时，库珀博士说，影响最大的是技术和软件的进步，以及对残疾人态度的改变。
库珀博士说:“现在人们对这方面的认识比以前要多。”人们更愿意承认这些人的能力，并为他们提供机会。再加上科技的进步，我们创造出了新的、有望有益的技术。”
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