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HAL (动力服)

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HAL（Hybrid Assistive Limb）
2005年展示的HAL 5型動力服原型机
制造厂家Cyberdyne（日语：サイバーダイン）
国家日本
创造年份1995（原型机）
2008（正式发布）
类型动力服
目的医疗 / 搜索及救援
网站cyberdyne.jp

HAL（日语：ハル，全称：Hybrid Assistive Limb，中译：混合助力肢体）是一款外骨骼动力服，由日本筑波大学的山海嘉之（日语：山海嘉之）教授创办的Cyberdyne（日语：サイバーダイン）公司研发[1]。

原理及设计

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HAL本质上是一种捆绑于身体的行走用机器人。当一个人正要试图行走时，大脑会通过神经向肌肉发送电生理信号，而在人体的皮肤表面上能够微弱地探测到这种电信号。一旦使用者体表上的传感器捕捉到这种信号，HAL的伺服系统便会被激活，增强行走的强度与稳定性[2]。HAL配有两套动作控制系统用于自动强化使用者的动作，分别是由用户动作激活的“生化电子自主控制系统”（英語：Cybernic Voluntary Control，CVC）和自动运作的“生化电子自主控制系统”（英語：Cybernic Autonomous Control，CAC）[3][4][5]。

开发

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1995年，山海嘉之制造了HAL的原型机，并借此创立了“生化电子（日语：サイバニクス）”（英語：Cybernics）学科。生化电子是涉及仿生学、电子学和物理学的跨学科技术，旨在研发辅助人体运动的智能装置[6]。

2001年，山海嘉之与同为日本筑波大学教授的三阶吉行制造出了全身用型HAL的第三版原型机，可以为腿部无力的使用者提供腿部助力，并使其能够抬起100公斤的重物。然而，该版HAL仅是电池便重达22公斤，使用时需连接到一台电脑上，且需要额外两人协助才可穿戴。与之相比，最新版本的HAL 5原型机整体重23公斤，且控制电脑内置在动力服上[7]。

2004年6月，山海嘉之创立了Cyberdyne公司，作为其旗舰产品的HAL于2005年首次亮相于爱知世博会[7]。

2006年，HAL 5获得日本设计振兴会（日语：日本デザイン振興会）颁发的优良设计奖金奖[8]。

2008年，HAL正式发布，向日本的医疗机构开放租借。截至2012年10月，已有逾300套HAL租借给130家医疗结构与养老院，月租金为2000美元[9]。

HAL目前主要分为两种型号，下肢用型的HAL 3，及全身用型的HAL 5[2]。

使用情况

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HAL主要面向身体障碍者及老年人开发，租借给医疗机构和养老院；亦有面向体力劳动者开发的版本，用于建筑施工或灾害救援等[10]。有研究表明，HAL与特别设计的康复游戏配合使用，有助于身体障碍儿童的行走训练[11][12]。另有研究表明，结合了HAL的疗法有助于脊髓损伤以及中风的恢复[13]。

在2011年的消费电子展上，美国联邦政府表达了对HAL的采购意愿[14]。2011年3月，Cyberdyne公司推出了面向身体障碍者、康复机构以及工场工人的下肢用型HAL，即HAL 3[15]。2011年11月，日本政府指定HAL作为福岛第一核电厂事故的清理用器械[16]，随后在2012年10月于东京举办的日本机器人周展览会上，Cyberdyne展示了专为福岛第一核电厂事故的清理工作而设计的特别版HAL[17]。2013年3月，十家日本的医院为应用于医疗用途的HAL 3进行了临床试验[18]。2014年，日本建设公司大林组开始在建筑施工中使用HAL[19]。

医疗认证

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2012年12月，HAL获得保险商实验室颁发的ISO 13485认证[20]。2013年8月，HAL获得欧洲合格认证，成为首个被准许在欧洲使用的医用外骨骼动力服产品[21][22]。2014年11月，HAL获得ISO/DIS 13482认证，成为全球首个获得安全认证的外骨骼动力服产品[23]。

2018年3月，美国食品和药品管理局正式批准HAL用于医疗复健领域[24]，佛罗里达州的Brooks Cybernic Treatment Center医护中心亦宣布正式将HAL用于病人的医疗复健[25]。

参考来源

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  1. ^ 映画「ターミネーター4」マックG監督×サイバーダイン・山海教授インタビュー～日本マスコミ独占フッテージ映像で判明した情報もレポート!. Robot Watch. 2009-03-19 [2018-03-05]. （原始内容存档于2021-01-16）. 
  2. ^ 2.0 2.1 Denis Bedoya. These therapeutic ‘cyborg legs’ help people learn to walk again. Infosurhoy. 2018-03-03 [2018-03-05]. （原始内容存档于2018-03-04）. 
  3. ^ Intention-based walking support for paraplegia patients with Robot Suit HAL. Advanced Robotics. 2007, vol. 21, pp1441-1469. (Taylor & Francis). 2007 [2018-03-05]. doi:10.1163/156855307781746061. （原始内容存档于2019-10-17）. 
  4. ^ Pilot study of locomotion improvement using hybrid assistive limb in chronic stroke patients. BMC Neurology. 2013, vol. 13, p141. BMC. 2013 [2018-03-05]. （原始内容存档于2015-09-27）. 
  5. ^ Research Program Cybernics University of Tsukuba. Global COE Program, Cybernics. University of Tsukuba. 2007-04-01 [2018-03-05]. （原始内容存档于2014-10-27）. 
  6. ^ Program Overview. 筑波大学. [2018-03-05]. （原始内容存档于2014-10-27）. 
  7. ^ 7.0 7.1 allenxu. Cyberdyne，它创造了全球首个获得安全认证的外骨骼机器人. 搜狐. 2016-01-24 [2018-03-05]. （原始内容存档于2021-01-16）. 
  8. ^ Robot Suit HAL-5. GOOD DESIGN AWARD. 2006-06-09 [2018-03-05]. （原始内容存档于2021-01-16）. 
  9. ^ Rick Wallace. Robots to the rescue as an aging Japan looks for help. THE AUSTRALIAN. 2012-10-13 [2018-03-05]. （原始内容存档于2017-10-28）. 
  10. ^ 世界初のサイボーグ型ロボット「HAL®」. Cyberdyne. [2018-03-05]. （原始内容存档于2021-01-16）. 
  11. ^ Computers for the Development of Young Disabled Children – Introduction to the Special Thematic Session. ACM.org. 2002 [2018-03-05]. 
  12. ^ Influence of Virtual Reality Soccer Game on Walking Performance in Robotic Assisted Gait Training for Children. AbleData.com. 2010-04-01 [2018-03-05]. （原始内容存档于2013-10-18）. 
  13. ^ Current scientific studies to exoskeleton therapy with Hybrid Assistive Limb. WALK AGAIN Center. [2018-03-05]. （原始内容存档于2021-01-16）. 
  14. ^ CES Spotlight: Japanese Robot Exoskeletons. 2011-01-12 [2018-03-05]. （原始内容存档于2013-01-23）. 
  15. ^ Cyberdyne demos lower-body HAL exoskeleton for helping the disabled, not eradicating mankind (video). 2011-03-15 [2018-03-05]. （原始内容存档于2019-06-21）. 
  16. ^ Robotic Exoskeletons from Cyberdyne Could Help Workers Clean Up Fukushima Nuclear Mess. Scientific American. 2011-11-09 [2018-03-05]. （原始内容存档于2011-12-13）. 
  17. ^ New HAL Exoskeleton: Brain-Controlled Full Body Suit to Be Used In Fukushima Cleanup. Neurogadget.com. 2012-10-18 [2018-03-05]. （原始内容存档于2012-10-21）. 
  18. ^ Hospitals to test robot suit to help patients walk. The Asahi Shimbun. 9 February 2013 [2018-03-05]. （原始内容存档于2013-02-13）. 
  19. ^ Smart walkers lead the way for Japanese elder-care robots. ITWorld.com. 16 October 2014 [2018-03-05]. （原始内容存档于2018-06-20）. 
  20. ^ The design, manufacture and servicing of wearable lower limb exoskeleton devices for rehabilitation and physical training (pdf). Underwriters Laboratories. 2012-12-11 [2018-03-05]. （原始内容存档 (PDF)于2021-01-16）. 
  21. ^ TÜV Rheinland Issues EC certificate for Cyberdyne’s Medical Robot Suit HAL®. TÜV Rheinland. 2013-08-07 [2018-03-05]. （原始内容存档于2021-01-16）. 
  22. ^ Global Companies from Japan. Weekly Toyo Keizai. 2013-09-14 [2018-03-05]. （原始内容存档于2014-07-29）. 
  23. ^ 品質安全基準の国際規格によってパワードスーツも家電への一歩を踏み出すことに 世界初、パワードスーツの「HAL」にISO認定. ASCII.jp. 2014-11-12 [2015-02-02]. （原始内容存档于2014-12-31）. 
  24. ^ Tylor Lee. HAL Exoskeletons From Japan Will Be Coming To The US. ubergizmo. 2018-03-05 [2018-03-05]. （原始内容存档于2021-01-16）. 
  25. ^ Bob Allen. Revolutionary Robotic Treatment For Patients With Spinal Cord Injuries Now Available In United States. The Daily Telescope. 2018-03-03 [2018-03-05]. （原始内容存档于2018-03-04）. 
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