智能人体骨骼测试分析仪

外骨骼是一种包裹身体的刚性结构，通常用来辅助关节运动。这种“外服”试图像人造肌肉一样，帮助穿着者的肌肉收缩和伸展。 最早的机器人外骨骼的开发可以追溯到1965年左右，当时通用电气公司开发了哈迪曼（Hardiman），这是一种大型全身外骨骼，该项目由美国军方投资，设计方案类似于今天的机械外骨骼。军方的目的是让穿戴者拥有超人一样的力量。哈迪曼拥有28个关节和两个抓取臂，由复杂的液压和电子系统驱动。实验中，穿戴者曾成功举起过1500磅的重物。不过遗憾的是，限于当时的技术条件，哈迪曼自己也臃肿不堪，自重达1500磅。如此重量的外骨骼自然难以操控，稳定性不佳，体重带来的另一个问题是能源不足。结果哈迪曼没能走出实验室。 而同一时期，1969年，前南斯拉夫的米哈伊洛普平研究所（Mihajlo Pupin Institute），也做了动力外骨骼研究工作，目的是为了帮助下肢瘫痪患者实现部分运动功能，他们在全世界第一个提出了步态运动系统（legged locomotion systems）的概念。当代研究 人类一直没有停止对外骨骼的研究。继续向前迈进，我们关注到来自英国普雷斯顿市中央兰开夏大学（UCLAN）机械工程高级讲师Matt Dickinson博士。Matt博士在大学新建的工程创新中心工作，主要研究概念设计，特别侧重于复合材料通过3D打印技术的应用。 马特说：“老实说，如果你三年前告诉我，我们即将开发世界领先的外骨骼技术，我会质疑你的理智，但现在我们确实做到了。” “这一切都要归功于2019年赢得地区初级工程师比赛的一名当地青少年。幸运的是，我当时负责评估每一个参赛项目，而有一个项目立即触动了我，他提到为什么没有给患有肌肉疾病的儿童穿的特殊套装或外骨骼来帮助小朋友进行活动。我的第一直觉是，市场上肯定已经有这样的设备，但我发现我错了！” 欠缺开发的原因纯粹是设计。例如，你如何制作一套能随主人“生长”的衣服，既轻便又实用，而且成本低，以至于所有人都能穿？ “作为一名机械工程师，我的第一个想法是用铝制作这套外穿装置，回过头来看，这完全是不可行的，而且制作成本非常昂贵。” 所需的材料必须是轻量的和容易获得的，但也必须是负担得起的。简而言之，如果没有人能够真正维护它，或者如果低收入家庭负担不起它，那么这项技术将是不可行的。 “外穿装置的结构被称为被动设计系统，这意味着它是整个装置的一部分，起着收缩点的作用，就像肌肉一样，但也是一个被动的外骨骼，分配力量和载荷。” “基于这个想法，我们试图将这各种技术结合起来，以构建一种混合系统，该系统将支持人体架构，并有助于肌肉的收缩和伸展，这也帮助我们开发出了现在的这一套新的驱动方法。” “我最初认为有可能支持这一设计的材料是聚乳酸（PLA）。在当时，还没有人测试这种材料是否能够支撑人体，但结果很快表明我们确实发现了一种非常特殊的东西。” 设计的第一次迭代证明了复合材料的适用性，尽管还需要解决材料对紫外线的反应问题以及人体皮肤中乳酸对材料的潜在浸渍问题。 “皮肤有时会激活材料中的乳酸，这会导致细菌的形成，最终破坏其结构完整性。于是我们加入了一种嵌入铜纳米颗粒的材料，它在人体汗液和复合材料之间形成了一道屏障——如果你愿意，这会是一种完美的抗菌剂，”马特说。 该项目还在探索短切碳PET的使用。复合材料提供了额外的强度，它将被用来作为外穿装置的支撑结构的核心，包裹在聚乳酸和碳纤维中。 “基本上，和所有研发一样，事情都在不断发展。这些是我们目前正在开发的材料，但我们仍在不断寻求开发新的复合材料，看看是否比当前的更适合。”马特继续说道。困局突破 “但这个情况下，我们的研发也碰到了困境，除非我们更好地了解这些材料的机械性能，也正好在这个时候，我们遇到了Tinius Olsen。” 光学引伸计、传感器以及非常强大的Horizon测试软件。公司的技术人员也在现场，根据研发的需要提供建议和指导。 然而，这次合作，还不仅仅是关于机械和测试建议。通过Tinius Olsen，Matt被介绍给ASTM标准委员会，成为F48.04外骨骼开发标准委员会的小组主席。 “ASTM F48委员会主要关注的是正在使用的部件的失效疲劳，与任何将用于人类使用的研发项目一样。通过日常使用中的压缩、拉伸和弯曲运动，对所用部件和/或材料进行预期寿命的评估。我们现在使用的Tinius Olsen的测试系统能够使我们更高效的进行所需的测试，大大缩短研发时间。” 在英国一个大型工程展上的一次偶然相遇为工作伙伴关系奠定了基础，最初，Tinius Olsen出借了一个50kN的试验机、一个“ASTM也对我们的研发项目带来了相当大的帮助，我们实际上已经从普雷斯顿的一个小实验室上升到了国际舞台上，见证了这一研发项目呈指数级地向前推进。如果没有Tinius Olsen，我们根本无法达到目前的水平。” “我们的最终目标是开发一套能够提供辅助生活的外穿装置。它的设计并不是为了增加力量，而是为了让患有肌肉疾病的儿童更灵活、更独立，最重要的是，提高生活质量。”其他应用 这一研发不仅在医学领域可以成功应用，在其他行业也有它的用武之地。例如，美国宇航局（NASA）等航天机构可以将这项技术应用到他们的宇航服设计中，以应对计划于20世纪30年代中期进行的火星任务。 同时它也可以扩展到军事应用，不仅用于支持士兵和飞行员的身体结构，还能应用于负责重型飞机、坦克和飞机建造和维护的地勤人员和技术人员。 职业体育也可以从中受益。美式足球和橄榄球等体育运动中的身体防护装备是显而易见的应用，但在治疗运动损伤这一方面也能有所作为。 而在建筑业和其他制造业相关的重型起重作业中，这类外穿装置将会降低工人的工伤概率，也能因此减少因工人劳累和背部受伤而损失的工作时间。

打破砂锅 　　连日来，发生在广西龙江河段的镉超标污染事件，严重威胁当地及下游沿岸城市居民饮水安全，这一事件引起广泛关注。那么，重金属镉对人体的毒害作用究竟有多大?不慎受到镉污染又如何采取急救措施?请关注—— 　　镉污染事件发生后，广西迅速行动，一方面采取加大下泄流量、投放中和物、调水稀释等方式努力降低镉浓度 一方面及时发布相关信息，保障物资供应，缓解市民恐慌情绪，打响了一场针对重金属镉污染的“阻击战”。 　　据新华社1月30日电，目前在柳州市区上游57公里的柳城县糯米滩水电站以上的龙江河段，有镉浓度超标5倍以上的水体长达100公里，目前柳州水源地的情况尚在控制范围内。 　　专家称，这些污染水体经洛东电站、三岔电站、糯米滩电站三次削峰后，镉浓度可控制在超标10倍以内。河池市有关负责人表示，已通过专家的意见计算出污染团的总量、位置和流速，优化完善絮凝剂和烧碱等投放、控制龙江上游水电站的出水量等方法，尽量将污染团滞留在河池境内龙江河段处置，尽最大可能保障下游市民饮水安全。 　　日常生活中，可能有许多人对镉这种重金属还不了解，对其造成的污染，以及对人体的毒害作用也不甚清楚。那么，重金属镉的真实面目到底是怎样的呢? 　　镉污染有气型和水型两种 　　镉(Cd)在自然界中多以化合态存在，含量很低，大气中含镉量一般不超过0.003μg/m3，水中不超过10μg/L，每千克土壤中不超过0.5mg。这样低的浓度，不会影响人体健康。但镉常与锌、铅等共生。环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体，引起慢性中毒。 　　20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加。相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。污染源主要是铅锌矿，以及有色金属冶炼、电镀和用镉化合物做原料或触媒的工厂。镉对土壤的污染主要有气型和水型两种。气型污染主要来自工业废气。镉随废气扩散到工厂周围并自然沉降，蓄积于工厂周围的土壤中，可使土壤中的镉浓度达到40ppm。污染范围有的可达数千米。水型污染主要是铅锌矿的选矿废水和有关工业(电镀、碱性电池等)废水排入地面水或渗入地下水引起。 　　镉是如何危害健康的? 　　资料显示，进入人体的镉，在体内形成镉硫蛋白，通过血液到达全身，并有选择性地蓄积于肾、肝中。肾脏可蓄积吸收量的1/3，是镉中毒的靶器官。此外，在脾、胰、甲状腺、睾丸和毛发也有一定的蓄积。镉的排泄途径主要通过粪便，也有少量从尿中排出。 　　在正常人的血中，镉含量很低，接触镉后会升高，但停止接触后可迅速恢复正常。镉与含羟基、氨基、巯基的蛋白质分子结合，能使许多酶系统受到抑制，从而影响肝、肾器官中酶系统的正常功能。镉还会损伤肾小管，使人出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿等症状，并使尿钙和尿酸的排出量增加。肾功能不全又会影响维生素D3的活性，使骨骼的生长代谢受阻碍，从而造成骨骼疏松、萎缩、变形等。 　　柳州市疾控中心专家介绍，镉可经呼吸道和消化道进入人体，长期过量接触镉会引起慢性中毒，可对肾造成损害，晚期病例则会出现肾功能不全，并可伴有骨骼病变 短时间内吸收大量的镉可引起急性中毒，会出现恶心、呕吐、腹痛等症状。急性镉中毒，大多是由于在生产环境中一次吸入或摄入大量镉化物引起。大剂量的镉是一种强的局部刺激剂。含镉气体通过呼吸道会引起呼吸道刺激症状，如出现肺炎、肺水肿、呼吸困难等。镉从消化道进入人体，则会出现呕吐、胃肠痉挛、腹疼、腹泻等症状，甚至可因肝肾综合征死亡。 　　从动物实验和人群的流行病学调查中发现，镉还可使温血动物和人的染色体发生畸变。镉的致畸作用和致癌作用(主要致前列腺癌)，也经动物实验得到证实，但尚未得到人群流行病学调查材料的证实。 　　据在河池市现场指挥处置镉超标的专家刘旭辉介绍，镉比砷、铬等毒性要小，但如果人体内聚集过量的镉会对肾脏造成损害。刘旭辉说，当地已在镉超标水域投放了大量的聚合氯化铝和石灰粉，在一定的酸碱度环境中，聚合氯化铝可将离子状态的镉固化，避免被人体吸收。 　　急性镉中毒如何急救? 　　1931年发生在日本富山县的“痛痛病”，是镉环境污染进而导致人体慢性镉中毒的典型案例。针对镉污染会引发痛痛病的担忧，有专家表示，世界卫生组织环境卫生基准镉分册中指出，“痛痛病”主要发生在镉污染区居住三十年以上，多胎生育的四十岁以上妇女，其主要特征为骨质疏松、骨质软化、多发性骨折、骨剧痛和肾小管功能障碍。 　　那么，发生急性镉中毒又该如何采取急救措施呢? 　　据介绍，发生急性镉中毒时，要分清情况采取相应措施：对吸入中毒者，要迅速移离现场、保持安静、卧床休息，并给予氧气吸入。同时要保持中毒者呼吸道通畅，积极防治化学性肺炎和肺水肿，早期给予短程大剂量糖皮质激素，必要时给予1%二甲基硅油消泡气雾剂。为预防阻塞性毛细支气管炎，可酌情延长糖皮质激素使用时间。可给予依地酸二钠钙或巯基类络合剂进行驱镉治疗。严重者要重视全身支持疗法和其他对症治疗。 　　对于口服中毒者，应立即用温水洗胃，卧床休息。同时给予对症和支持治疗，如腹痛时可用阿托品，呕吐频繁时适当补液，既要积极防治休克，又要避免补液过多引起肺水肿。

科学家们采用创新性的艺术化同步成像技术对1.5亿年前恐龙骨骼上的裂缝及断裂处进行检测，以图再现恐龙在世时的伤口康复过程。 　　北京时间5月10日消息，据国外媒体报道，英国曼彻斯特大学科学家近日利用创新性的艺术化同步成像技术对1.5亿年前恐龙骨骼上的裂缝及断裂处进行检测，以图再现恐龙在世时的伤口康复过程。科学家们的研究成果发表于英国皇家学会《界面》期刊之上。 　　据科学家介绍，在古老的恐龙骨骼之上，可能发现许多关于损伤和疾病的证据以及后续的康复过程迹象。研究负责人菲尔-曼宁在声明中表示，&ldquo 通过同步成像，我们能够检测到微弱的化学信号痕迹，这些信号不仅仅能够证明正常骨骼与伤愈骨骼的不同之处，而且还可以揭示受伤骨骼究竟是如何康复的。&rdquo 　　此前，化石诊断通常是简单检查恐龙骨骼化石或碎片来揭示恐龙康复的秘密。英国曼彻斯特大学科学家此次所利用的创新性成像技术，其光线亮度比100亿颗太阳还要亮，如此可以发现保存于恐龙骨骼化石中的损伤复原方式的迹象。 　　研究人员发现，恐龙几乎可以完全摆脱重大创伤所带来的影响。骨骼化石上经常显现许多灰白色的愈合伤口。对于人类来说，这些伤口如果不能及时治疗处理，将可能是致命的。曼宁解释说，&ldquo 恐龙似乎已进化出一整套完美的自我防护机制，可以帮助自身调节伤口的康复和修补。如果能够发现1.5亿年前的自我康复能力的秘密，将有助于我们在21世纪了解和运用侏罗纪时期的生命化学。在我们的一生中，生命化学在我们的身体里留下了许多线索，这些线索将有助于我们诊断、治疗和治愈大量的现代疾病。&rdquo