特别策划《智能假肢膝关节的研发要点及其研究进展综述》

正《智能假肢膝关节的研发要点及其研究进展综述》序言智能假肢融合了先进的智能控制技术、传感器技术、计算机技术、机械设计与制造技术、新材料技术与康复工程技术,是现代科技发展的综合成果之一。我国有近160万因地震、车祸、工伤等原因导致的下肢截肢者,先进的假肢膝关节可以有效地恢复其运动功能,相关的研究具有重要的社会意义和经济价值。本文在介绍国内外智能假肢膝关节研究主要进展的基础上,从假肢膝关节的结构与调控方式、假肢穿戴者的运动意图识别、驱动控制、人机协调控制等方面做了分析介绍,明确了假肢膝关节在智能化研究与安全性、个性化与通用性、人机共融、科学伦理、关键技术等方面需要注意的问题,归纳了其中的研发要点和技术思路,总结了 "以人为本"、技术方法和科学伦理并重、医工结合与多学科交叉融合的研究方法。     

智能人机系统的人机融合交互研究综述

目的 对人机融合的研究现状进行了梳理和分析,旨在为智能人机系统研究提供理论支撑.方法 从人机交互和人工智能的概念出发,结合多通道信息融合、人机融合认知决策机制、生理测量和人机融合协作模式等研究,对人机融合和智能人机交互的研究现状、研究热点与趋势进行了分析和归纳.结果 智能机器的信息处理逻辑与人类之间的沟通障碍,抑制了人工智能技术对人机资源整合的工效学意义,人机融合的研究促进了人工智能技术与人机交互的精准合作.结论 智能人机系统中,人、机、物理环境的融合不足是当前学界面临的挑战.人机融合研究应以感知识别、多通道信息融合、认知决策为着力点,帮助机器有效学习、理解、预测人类交互意图,探寻人机对话协作模式的影响要素.人机融合的群体智能对未来人机交互发展有着举足轻重的意义,通过多模态生理融合与自适应的可视化表征机理研究建立认知效率和可视化表征的联系,根据生理指标的变化构建意图空间并指导人机融合协作模式的研究.     

采用改进D-S证据融合的动力型假肢运动模式预识别

动力型假肢是目前康复工程研究的热点问题之一,动力型假肢穿戴者行走的各路况运动模式的预识别是关键的一个环节.为了能够充分地描述路况信息,本文采集髋关节角度、加速度运动信息和前后脚底压力信息作为识别信号源,采用改进的D-S(Dempster/Shafer)证据理论方法将陀螺仪传感器和加速度传感器信息融合,从而对假肢穿戴者行...     

人机智能协同研究综述

目的智能系统在智能制造、智慧城市、医疗健康、生活服务等各种场景中越来越广泛地存在,为应对人与智能系统的交互中所面临的诸多挑战,从技术和体验的视角分析人机智能协同中的关键问题。方法对从人机交互到人机智能协同的发展脉络与研究范围进行梳理,提出综合技术视角和体验视角的研究框架;从智能系统的特征出发,梳理出技术视角下人机智能协同所带来的新兴问题;从体验的视角探讨如何推动实现人机智能协同;在此基础上总结人机智能协同的发展趋势。结论总结了人机交互演进的三个阶段;提出了技术视角下人机智能协同的关键问题,包括人机能动性分配、动态学习和修正、情境自适应及主动响应模式;探讨了体验视角下人机智能协同的可解释性、信任问题、情感化及公平负责等问题;指出了人机智能协同全方位、多类型及体系化的发展趋势。     

监控视频智能检索关键技术综述

近年来随着监控系统的规模化及网络化,如何在海量的监控视频中快速查找所需要的信息、准确定位嫌疑目标的位置和运动轨迹,成为法庭科学研究的热点。本文就监控视频智能检索影响因素、运动目标的检测和提取技术以及运动目标跟踪方法等方面进行了论述。     

包装用智能标签的应用及研究进展

目的综述国内外智能标签在包装中的应用现状及最新研究进展。方法阐明智能包装的定义,并根据现有文献介绍智能标签的最新研究进展和应用情况。重点介绍时间-温度智能标签(TTI)、新鲜度智能标签、射频识别(RFID)标签等智能标签的最新研究成果和应用情况,为智能标签未来的研究和商业化应用提出建议。结论智能标签作为一种应用于包装的新型技术,在国外已经有了长足的发展和商业化应用,国内智能标签的研究虽然有一些成果,但缺乏商业化应用,总体来看我国智能标签的发展仍处于起步阶段,但其发展潜力巨大,是我国未来包装技术的发展方向。     

智能车辆的技术集成及其人机关系问题

综述并讨论了5种智能车辆的技术配置,以及由此产生的人机关系问题,这是TIS实现的关键问题之一,章介绍了该领域研发中的前沿问题,指出了这些问题所反映的研究方向。     

视觉设计元素智能识别研究综述

目的 通过对基于图像的视觉设计元素智能识别方法进行梳理和分析,总结该方向的研究进展及存在的挑战,预测未来发展趋势,为相关技术和应用研究者提供参考。方法 从设计元素的应用需求出发,给出交互设计和导识系统中设计元素的常用类别。通过综述的形式,以图像为研究对象,将视觉设计元素智能识别方法和相关研究进行整理分类,对比分析视觉设计元素智能识别方法。结果 明晰基于图像的设计元素智能识别方法体系,总结视觉设计元素智能识别技术的研究难点和发展趋势。结论 视觉设计元素既是交互设计过程中催生艺术灵感的核心基础,也是人工智能时代驱动内容智能生成的重要数据源泉。视觉设计元素智能识别是一个富有挑战但充满机遇的研究领域,相信其将在更多的应用中发挥关键作用,不仅为相关设计产业带来巨大价值,也为人们的生活带来更多便利和美感。     

智能坐便器的设计与研究

目的 设计出一种智能坐便器,在智能坐便器内部具有一种新型处理结构,整体包含便捷、智能、人性化3大优点.方法 查阅与人类排泄用具和人体工程学相关的文献及专利,并分析研究现有的蹲便器、坐便器及智能坐便器存在的优缺点,以此作为参考对象进行创新性设计,从节水、智能、节约成本、人性化4个层次对坐便器的外观、材料以及内部结构进行改造.结果 坐便器内部处理结构采用带传动装置,能够实现对粪便进行及时的处理,并通过人机工程学计算出能够使人体在排泄时体验相对舒适感受的坐便器壳体的合理尺寸.结论 在满足使用者对排便要求的基础上节约水资源,避免异味扩散,减少病菌传播,节约产品成本,让使用者达到一个更舒适的姿势以及更好的排便感受.     

智能包装技术及应用

智能包装技术引起了学术界和工业界的普遍关注。对智能包装技术与应用进行了综述,重点讨论智能包装与智能包装系统,分析实现智能包装的传感器技术、指示剂和无线射频识别技术,简要介绍智能化包装工业和智能包装发展的主要方向。     

智能汽车交互界面用户体验评估方法体系综述

目的 对智能汽车人机界面的相关研究进行综述,以总结归纳用户体验评估对象、评估指标和评估方法,从学术的角度建立智能汽车交互界面用户体验评估方法体系。方法 通过系统文献综述,对纳入系统综述的文献进行信息提取,从而得到基础数据;通过总结归纳的方式,进行数据分析。结果 分析了汽车数字化、智能化的发展趋势对汽车交互界面用户体验设计与评估的影响,从评估对象、评估指标、评估方法三个方面总结智能汽车领域用户体验研究进展。提出产品类型以及构成产品的产品要素（物理特征和虚拟要素）两个评估对象维度,基于人机系统优化层次重点阐述了安全、效能、感性体验三类评估指标,基于研究对象、方法属性和质量效率构建三个评估方法维度,为评估方法选择提供参考,并详细分析了不同研究中评估工具的应用。最后总结评估对象、评估指标以及评估方法,形成该领域的方法体系。结论 在智能汽车时代下,技术发展使汽车人机交互界面日趋复杂,用户体验评估被证明有利于提供反馈,以帮助开发者设计和改进产品并完成产品迭代。通过这种方法,可以为车辆开发人员提供有关如何进行成功的用户体验评估所需的理论知识和实践参考。     

助老服务机器人设计及仿人运动研究

针对老年人在日常生活中存在行动不便与认知障碍等问题,设计了一款操作简便、功能丰富的助老服务机器人.为降低助老服务机器人的操作难度,增强用户的体验性,通过建立人体手臂与机器臂的空间关节映射模型,实现了机械臂的仿人运动控制.首先,按照人体手臂与机械臂的结构及自由度分布情况初步建立人机关节映射模型,采用蒙特卡罗方法,对人体手...     

从工业美学到智能美学

目的分析技术革命引发人与工具关系的变革,研究工业革命以来机器美学、技术美学、认知美学三个阶段的审美变化及发展规律,探讨智能产品设计美学的发展趋势。方法通过文献研究结合产品案例分析技术革命引发的产品设计美学发展,基于情感计算、脑神经科学及哲学伦理的文献梳理及对比讨论智能产品美学的发展方向。结论机器美学、技术美学、认知美学三个发展阶段中人与工具的关系体现为操作关系、协同关系及交互关系,产品功能与形态之间的关系体现为形式追随功能、形式唤醒功能和形式映射功能;智能产品在人机关系上表现出感知、行为、情感的融合关系,形态上表现为形式逐渐脱离功能;智能产品设计美学应重点考量可持续发展、社会伦理、情感异化和过度依赖的影响约束,对智能产品采取\"适度智能\"的设计策略,逐步形成\"适智美学\"。     

计算机摄影技术在膝关节投照中的应用

CR系统在骨与关节、软组织的x线诊断中已广泛应用。笔者就膝关节常规正、侧位进行三组曝光，并与铝梯做对应测试研究。同时利用CR系统的信息处理，论证曝光条件与影像密度谐调的辩证关系。     

以驾驶员为导向的汽车人机界面识别系统研究

随着大数据、移动互联网、现代人工智能等先进技术在汽车运输管理领域的创新发展和广泛应用,车身内部空间、人机交互界面、操作处理方式和交互处理正在不断发生改革。目的 为了探索研究现阶段智能汽车的发展趋势,深入了解汽车界面识别系统的模式和技术进步,推动人工智能领域的进一步发展,系统分析了当前市场背景下,智能驾驶汽车人机界面识别系统多模式的体现形式。方法 从人机交互的角度出发,以BMW汽车案例为主,通过以驾驶员为导向,进行智能汽车仪式感设计研究分析,重点阐述蓝牙技术、汽车界面显示设备、数字智能化、智能控制系统、共享技术、情感交互六个领域在驾驶系统的现状及未来的发展趋势,剖析互联网时代现阶段智能汽车统筹发展,深入研究汽车界面识别系统在人机领域的实际应用。结果 结合学术界和汽车产业市场,分析智能汽车界面识别系统的能力和技术的重要性,以及在未来一段时间内智能汽车发展的趋势。结论 指出提升汽车识别界面的技术水平是当前国内智能汽车厂商和信息技术服务公司的发展重点,提升汽车内饰的用户体验以激发消费潜力,拓宽消费市场是未来汽车人机交互的发展重点。     

基于增强智能理念的人机协同设计探索

为应对设计在智能时代所面临的挑战,探索能够深度融合人类智慧与机器智能的设计新途径。方法 在理论层面,从智能系统的计算愿景和活动类型两个维度对人工智能与增强智能进行了概念区分,从思考性与实施性活动两方面对设计进行了解读,综合形成了基于增强智能理念的人机协同设计概念,分析了它所具备的共创者与对话者作用;在实践层面,针对共创者与对话者的特征与作用,通过两个不同的设计实践进行了探索与论证。结论 人机协同设计正在从工具和方法层面深刻地影响着设计,基于人工智能理念的设计工具能够提高设计生产力与效率,而基于增强智能理念的设计方法更擅长提高设计师的综合力与想象力,形成新的设计思维空间与设计创意结果。     

带滑移铰空间机械臂协调运动的复合自适应控制

讨论了载体位置不受控制的带滑移铰空间机械臂载体姿态与末端抓手协调运动的控制问题。结合系统动量守恒关系进行的系统运动学、动力学分析表明,系统协调运动的广义Jacobi矩阵及系统的动力学方程可以表示为一组惯性参数的线性函数。以此为基础,对于系统中存在未知惯性参数的情况,设计了载体姿态与末端抓手惯性空间期望轨迹协调运动的自适应控制方案。仿真运算证实了方法的有效性。     

万物互联时代的人机交互控制方法研究

目的探讨一种适用于万物互联时代的人机交互控制界面的实现方法,力求达到方便易用的人机操控体验。方法当手机或遥控器作为控制设备,与被控设备通过即时消息软件或任意一款通用型软件处于通信状态,得到后者认可时,被控设备主动将人机交互界面中的控制元件信息传递给控制设备,控制设备将控制元件以模块化的方式呈现于界面构成控制面板,操作者通过界面中的控制面板就可以对被控设备进行控制。结论此方法解决了一个控制设备连接多个被控设备,需要下载多款APP软件才能实现交互控制的繁琐用户体验问题,减少了现有人机交互控制流程中产生的学习和使用成本,为万物互联时代的人机交互控制界面设计,提供了一种创新思路。     

竹材在现代包装设计中的探索与创新

目的研究竹材料在包装中的运用。方法从竹子的使用历史、文化内涵、生物特性等方面,对中国传统文化生活中所赋予竹的诸多精神内涵和物质功能进行了多角度的分析解读,并结合竹子作为包装材料所具有的文化语义和生态价值,探讨竹材在现代包装设计的文化审美特征及传统竹艺与现代工艺的有机融合带来的竹材包装应用形态的创新。结论对竹材包装的市场前景进行了理性分析和展望,提出竹材在现代包装设计中应具智能化、民族化、生态化的发展建议。     

Knee extension moment arm variations relate to mechanical function in walking and running

The patellofemoral joint plays a crucial mechanical role during walking and running. It increases the knee extensor mechanism''s moment arm and reduces the knee extension muscle forces required to generate the extension moment that supports body weight, prevents knee buckling and propels the centre of mass. However, the mechanical implications of moment arm variation caused by patellofemoral and tibiofemoral motion remain unclear. We used a data-driven musculoskeletal model with a 12-degree-of-freedom knee to simulate the knee extension moment arm during walking and running. Using a geometric method to calculate the moment arm, we found smaller moment arms during running than during walking in the swing phase. Overall, knee flexion causes differences between running and walking moment arms as increased flexion causes a posterior shift in the tibiofemoral rotation axis and patella articulation with the distal femur. Moment arms were also affected by knee motion direction and best predicted by separating by direction instead of across the entire gait cycle. Furthermore, we found high inter-subject variation in the moment arm that was largely explained by out-of-plane motion. Our results are consistent with the concept that shorter moment arms increase the effective mechanical advantage of the knee and may contribute to increased running velocity.