学术分享丨假肢手的综述（2）( 二 ) 中国人工智能学会认知系统与信息处理专

为了介绍手部假体研究的最新进展，作者通过选择了信息分析方法，主要包括收集、分析、清理、可视化和解释大型数据集。使用可视化技术的组合，包括词云、条形图、饼图和网络图来识别信息。该方法严格遵循了仿生学调查和视觉障碍辅助技术概述的方法。在Zotero（管理书目数据的软件）中建立了一个数据库，其中包含了过去20年（1997-2017年）与仿生假手研究领域相关的科学出版物，并在一个结构化文件中检索了所有这些出版物的XML元数据，以便在MATLAB中进行分析。这些学术出版物是从四个值得注意的国际科学数据库，即ieee、web of science、ScienceDirect和ACM数字图书馆的网络资源中收集的。一组与手假体有关的表达式被用作出版物数据集合的搜索词。下表列出了所有使用的搜索词。调查范围仅限于机器人学、计算机科学、电气工程和相关学科的出版物。总共从网上数据库收集了2886份出版物。对由此创建的数据库进行分析，得出信息性的见解，如发现不同的主题领域，识别领先的期刊和会议，发现研究领域的增长和发展，以及区分活跃的研究社区。最后，从“词聚类分析”的推论分析中，对人工假手领域未来的发展趋势提出了自己的看法，值得注意的是，所采用的信息分析方法仍然存在缺陷。例如，在数据库收集过程中，有可能即使某些出版物的内容可能包含手假体，但在线文章可能没有被数据库捕获，因为它们可能没有被清楚地标记。
文章插图
利用频率计数器从出版物的标题中提取出最有规律的主题，并用词云表示，如图1所示，其次是表4中100个最常见单词的统计数据。这种表示法回答了这些主题在相关主题领域中的相对流行程度。词云是文本数据中单词的可视化表示，其中单词的大小取决于单词在源内容中出现的频率。例如“假肢”、“手”、“上肢”、“拟人”、“仿生”、“经桡骨”、“肱骨”、“前臂”等词，如“控制”、“肌电图”、“信号” ，等等，意义重大，传达了很多研究都集中在肌电控制系统上的信息。基于肌电的控制系统可分为基于肌电的模式识别和基于肌电的非模式识别。因此， “模式识别”一词的出现是显而易见的。此外，与控制研究领域相关的术语包括“反馈”、“力”、“实时”、“自适应”、“模糊”、“位置”和“鲁棒” ，表明仿生手的控制主题领域非常活跃。这些词，以及其他突出的词，如“僵硬”和“滑动” ，提供了关于仿生反射的研究已经发表的信息。其他突出的词类似于“手” ，反映了相关领域的研究。假手的设计和开发的机械方面的一组丰富的概念反映在诸如“欠驱动”、“机构”、“新颖”、“驱动”、“传感器”、“关节”、“手指”、“运动学”、“柔性”、“机械”、“顺应”等词中，和“优化” 。假肢设计阶段需要的基本特征是运动学结构、机械驱动原理、驱动传递、传感器、材料和制造方法。已经发表了关于肌腱驱动机构（TDM）和拓扑优化的联合耦合的研究，这从“腱驱动”一词的意义就可以看出。顺应和欠驱动机构是另一个积极研究的主题，因为这些机制允许自动适应不同的环境从而增加接触面积和稳定性。 “3D打印”、“低成本”和“可穿戴”等词表示与研究文章相关的主题，这些文章侧重于制造低成本外部驱动的3-D打印手假体。
传感器技术是研究的另一个焦点，可以从“传感器”、“触觉”、“触觉”、“振动”等重要词语来解释。诸如“刺激”、“周边”和“感觉”等词语都表示通过感官反馈来体现。感觉反馈包括通过在负责肌肉收缩的神经周围的皮肤表面放置一个界面来产生触觉，和尺神经），并通过这些接口刺激周围神经，这些信号来自放置在假手手指上的传感器。最近的工作包括改善感觉反馈，并比较振幅、频率和混合神经调节方法之间的仿生神经内感觉反馈。 “靶向性神经再支配”等术语表示TSR和TMR ，前者有助于从假体产生骨感知的感觉反馈。其他术语，如“训练”、“康复”、“虚拟”、“模拟”等，都来自康复机器人学和人机交互的主题，例如虚拟现实（VR）游戏训练。