PFI-RP: Intelligent Robot with Hologram-enhanced Virtual Reality for Effective Body Rehabilitation

PFI-RP:具有全息增强虚拟现实功能的智能机器人,可实现有效的身体康复

基本信息

  • 批准号:
    1918534
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 54.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-08-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this PFI project is to benefit millions of post-stroke patients and other disabled people who need effective body rehabilitation, by developing an intelligent rehabilitation robot with adaptive upper trunk support and hologram-based virtual reality training scenes. The existing commercial rehabilitation products cannot efficiently support the upper torso of the patients with serious trunk disability, and do not have intelligent, fine-resolution robot control to train two legs with different impairment levels. An online rehabilitation training without frequent in-person visits to the office of the physical therapist (PT) would reduce the medical cost. This commercialization-oriented project will address those market needs. It will also develop and implement a new customer channel model called "8C + 5F", consisting of 8 communication channels with different types of customers and offering 5 technical facets of this platform. To enhance the academia-industry partnership, the team proposes an effective model called nexus organization (NEO), to achieve transdisciplinary, conflict-free collaborations between the university and the industry. To train future leaders in innovation and entrepreneurship, the team proposes a new education model called Innovation and Marketing-oriented Renaissance Foundry (IMRF) to prepare PhD students and postdoctoral researchers with strong entrepreneurship and innovation skills.The proposed project aims to build a Holographic intelligent Rehabilitation robotic technology to train post-stroke patients. It has 3 marketing-oriented new designs: i) (Upper trunk exoskeleton with 3D linkage and elastic impedance control): A compact, light-weight and economic upper trunk exoskeleton will be developed for a robot system to improve the upper trunk stability control during rehabilitation. ii) (Intelligent platform control in each phase of intra-gait cycle to handle two-leg impairment asymmetry): Current treadmill control simply changes the speed/force of the treadmill in each gait cycle based on the user's speed or measured center of pressure. However, many patients have different impairment levels between his/her two legs. This PFI will use low-cost thermal/acoustic sensors with deep-learning-based 3D leg trajectory analysis to achieve fine-granularity 4-phase rehabilitation robot control. iii) (Self-engaging mixed reality rehabilitation environment based on holographic telemedicine): The team will extend their previously developed virtual reality (VR)-based design to a hologram-based mixed reality (MR) platform with the advanced telemedicine functions for virtual patient-to-PT or patient-to-patient co-rehab training.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该PFI项目更广泛的影响/商业潜力是通过开发具有自适应上躯干支撑和基于全息图的虚拟现实训练场景的智能康复机器人,使数百万需要有效身体康复的中风后患者和其他残疾人受益。现有的商业康复产品不能有效地支持严重躯干残疾患者的上躯干,并且没有智能的、精细分辨率的机器人控制来训练具有不同损伤程度的两条腿。在线康复训练无需频繁亲自访问物理治疗师(PT)的办公室将降低医疗成本。这个商业化的项目将满足这些市场需求。本集团亦将开发及实施名为“8 C +5 F”的新客户渠道模式,包括与不同类型客户的8个沟通渠道,并提供该平台的5个技术层面。为了加强大学与工业界的伙伴关系,该团队提出了一种名为NEO(nexus organization)的有效模式,以实现大学与工业界之间的跨学科、无冲突的合作。为了培养未来的创新和创业领袖,该团队提出了一种新的教育模式,称为创新和市场导向的复兴铸造厂(IMRF),以培养具有较强创业和创新能力的博士生和博士后研究人员。拟议的项目旨在构建全息智能康复机器人技术,以培训中风后患者。它有3个面向市场的新设计:i)(具有3D联动和弹性阻抗控制的上躯干外骨骼):将为机器人系统开发紧凑、重量轻且经济的上躯干外骨骼,以改善康复期间的上躯干稳定性控制。ii)(在步态周期内的每个阶段中的智能平台控制,以处理双腿损伤不对称性):当前的跑步机控制基于用户的速度或测量的压力中心简单地改变每个步态周期中跑步机的速度/力。然而,许多患者在他/她的两条腿之间有不同的损伤程度。该PFI将使用低成本的热/声传感器和基于深度学习的3D腿部轨迹分析,以实现细粒度的4阶段康复机器人控制。(三)(基于全息远程医疗的自主式混合现实康复环境):该团队将把他们之前开发的基于虚拟现实(VR)的设计扩展到基于全息图的混合现实(MR)平台,该平台具有先进的远程医疗功能,可用于虚拟患者对PT或患者对患者的合作。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响进行评估,被认为值得支持审查标准。

项目成果

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