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中興創上下肢協同訓練輔具 提高偏癱患者復健效果
新知
第1769期
中興創上下肢協同訓練輔具 提高偏癱患者復健效果
2022-10-27
復健系統示意圖,分為上下肢外骨骼、氣壓肌肉減重系統及其控制系統。 圖/研發團隊提供【記者張倩怡綜合報導】現今半身偏癱患者在復健時,每次都需至少三個護理師同時協助進行訓練。國立中興大學機械工程學系副教授李聯旺帶領團隊研發「基於虛擬實境之上下肢協同復健外骨骼系統」,透過上下肢協同訓練提高復健效果,此發明亦獲得2022臺灣創新技術博覽會發明競賽金牌。在少子化和人口老化的雙重夾擊下,護理人手將面臨供需失衡的情況,當護理師需同時照顧多個患者時,復健成效將受影響。團隊望能藉由多台機械同時運作,達成多個患者同步訓練,以節省人力。李聯旺說明,「在日後就可以半自動化或全自動化,不再需要有人專注在旁邊。」 團隊研究生示意真實病患使用的狀況。穿上穿載式外骨骼後,病患可不需人力協助進行訓練。 圖/研發團隊提供根據神經耦和理論,上下肢運動具有一定的關連性,協同訓練有助肌肉重塑。團隊成員蕭昭文解釋,「手臂擺動對平衡身體與穩定軀幹是很有幫助的。」因此,團隊將系統設計成穿戴式的上下肢外骨骼(註一),並透過仿人體肌肉運動的氣壓元件,在帶動肢體訓練時進行緩衝,讓患者自然地在跑步機上走動。此外,因偏癱患者在復健時左右重心容易失衡,裝置中的上肢外骨骼動態減重系統,能適時地將患者提起和下降以平衡重心,減輕身體的壓力,再依據復健狀態進行重量控制,確保其穩定性。註一:外骨骼機器人輔具泛指一種可穿戴於人身上,用以輔助肢體殘疾者恢復功能,或老年人行動障礙的機械式輔具,亦用於擴充或增加使用者生理機能的系統。 氣壓肌肉減重系統可依需求將病患提起或下降,為病患減輕走路的壓力。 圖/研發團隊提供「當患者手腳都被綁起來時,感到不適也無法用手去暫停。」李聯旺提到,雖然該裝置解決目前復健機較難兼顧左右平衡的問題,但若要廣泛使用仍有改善空間。不過,他也認為當今的人臉辨識技術足夠先進,希望未來能透過AI辨識患者的表情或動作,決定系統是否需要停止運作。同時,系統備有腦機介面調控(註二),即時評估患者復健時的腦部活化以及回復程度。李聯旺也補充,「復健過程中患者大概都會覺得無趣,復健沒用或成效很慢。」因此,團隊配上VR系統,讓患者可以在不同的場景中進行復健,提高參與的積極度。註二:腦機介面指大腦與外界電腦進行連結,並控制外部設備。目前系統所採用的數據以國外資料庫為主,李聯旺說明,「中西的體格有差別,所以在機械結構還是需要經過一些微調才適合台灣人。」系統目前於高雄醫學大學附設醫院進行臨床實驗,以蒐集更多數據作調整。而物理治療師陳俊宇則提及,「病患初期站不起來時,可以使用機械幫助他站起來做復健。」不過他也認為,當後期患者已回復到一定程度時,還是應以傳統的復健訓練為主,有專人跟進會更安全。
玩雲霄飛車學物理 北科大盼降低科學門檻
新知
第1666期
玩雲霄飛車學物理 北科大盼降低科學門檻
2017-11-22
【記者劉蘭辰台北報導】「MorCar」把物理知識變簡單了!國立台北科技大學電機工程系學生蔡澤晨、劉冠廷與張鈞閎設計MorCar,運用「MorSensor無線感測積木」搭配手機應用程式(mobile application, APP)、自製軌道與滑車,將生硬科學變得簡單明瞭,更在國家晶片系統設計中心「2017MorSensor無線感測積木創意應用設計競賽」奪銀。MorCar為一組橘藍色的雲霄飛車裝置,硬體分成滑車、軌道與無線感測積木。負責硬體設計的蔡澤晨表示,除了積木以外,硬體皆由實驗室的3D列印機(3D Printer)製作。學習者使用MorCar前只需將軌道與車子的卡榫扣合,便輕鬆完成組裝。當車子在軌道上滑行時,車背上的IR距離感測積木會測量速度;九軸感測器則計算高度,並透過藍牙傳輸到手機APP。 MorCar為一組橘藍色的雲霄飛車裝置,硬體分成滑車、軌道與無線感測積木。 圖/劉蘭辰攝軟體則為一款手機APP,除了基礎的知識教學、操作步驟與使用說明以外,還能計算無線感測積木提供的數值並立即呈現圖表,讓學童看到動能與位能轉換過程,並發覺實際與理想值間的差距。最後,利用雲端系統儲存實驗記錄,方便老師評分。設計者劉冠廷解釋,最困難之處為校正無線感測積木的誤差數值,他不斷嘗試更好的演算方法才得以減少實際值與理想值間的落差。張鈞閎指出,傳統動位能實驗設備昂貴,學生須不斷抄寫數據,耗時費力外學習效果欠佳,於是三位學生聯手研發MorCar裝置,不但增加學習樂趣,還能將科學原理推廣給年齡更小的中小學生。「比賽當天我們老師的小孩也有來玩,他們都覺得非常有趣。」蔡澤晨表示,產品的中心理念是降低科學門檻,讓不同年齡層都能享受實驗,並從中深刻體驗動位能轉換。 產品的中心理念是降低科學門檻,讓不同年齡層都能享受實驗,並從中深刻體驗動位能轉換。 圖/李俊賢提供指導教授李俊賢認為,MorCar類似益智玩具,安裝容易且操作方便,具市場優勢。張鈞閎則指出MorCar的外觀與介面設計也是致勝關鍵之一,為了增加產品吸引力,他們請工業設計系同學協助統一配色與風格,結果順利受到評審青睞。團隊正與無線感測積木廠商洽談,盼未來能結合不同感測積木,研發「動量守恆定律」與「虎克定律」教具。
【專欄】機械表現音律 王量沉醉失控節奏
藝文
第1639期
【專欄】機械表現音律 王量沉醉失控節奏
2016-11-30
【記者周欣儒台北報導】第一位入圍「2016第十一屆台北數位藝術獎」的大學生、國立台北藝術大學新媒體藝術學系學生王量嘗試以不同物理介質,構成的不同節奏,達到不規則音律也能扣人心弦的效果。「我在發想作品的時候都以聲音開始,再去想媒材。」從小學鋼琴、小提琴、吉他的王量,對音律極為熟稔。王量敲打著旁邊桌椅說到:「我需要接受大量的節奏來讓我的身體能正常運作。」因此作品皆以動力機械表現聲音與節奏,藉由同物質卻有不同深淺、高度所生的聲音變化,或不同物質中傳遞的速度及波動差異,展現物理影響音律的奇妙之處。創作時,他喜歡找一些動態、自然又隨機的物件,「對我而言『失控』有種無法言喻的魅力,可以造成驚喜。」氣壓、水壓的不穩定,發出不規律的音高,對他來說也是節奏的一種。「節奏對我的影響比音樂的質感和音量大,他能直接與我身體的動態做連結,甚至是和心跳同步達到感染效果。」同樣入圍數位藝術獎的其他得獎者皆為藝術家、碩士班學生,卻沒有給王量帶來壓力。有些人甚至成為他亦師亦友的前輩,也碰撞出數位藝術的媒材與做法。王量坦言,壓力來源反而是同儕,他的作品較隨心所欲,也較沒有深厚寓意。他有點擔心的說:「我還是會思考,同學知道消息後會不會覺得,這樣也可以得獎?」未來王量會繼續研究不同材料製造節奏的方法,之後也將用水、土壤等媒材創作,希望顛覆既定印象,「其實不規律聲響也能是很迷人的。」 王量與作品〈節奏誘捕器〉。對他而言,節奏比音樂更能與自身做連結,甚至能與心跳同步。圖/王量提供
看戲新體驗  台大學生讀劇演出《哥本哈根》
藝文
第1626期
看戲新體驗 台大學生讀劇演出《哥本哈根》
焦點
2016-05-19
台大話劇社以讀劇的形式演出物理劇《哥本哈根》。 照片提供/台大話劇社【記者蘇韋宣台北報導】三位演員圍繞著一張圓桌、三張椅子,在站、坐或走動之間對話、爭執及獨白。但演戲時,他們的眼睛幾乎全程盯著手上的劇本,一邊用充滿情緒的聲音及表情,「讀」出所有對白。台灣大學話劇社17日以「讀劇」的形式,於飛頁書餐廳演出英國著名的二戰物理學劇本「哥本哈根」。劇情描述原本情同父子的丹麥物理學家波耳(Niels Henrik David Bohr)與德國物理學家海森堡(Werner Heisenberg),在二戰時處於敵對兩方。當兩方陣營皆致力於研究核武時,海森堡與波爾的一場祕密對談,是否曾經改變了當時的科學發展及戰局,引人好奇。英國劇作家麥可‧弗萊恩(Michael Frayn)以波耳、波耳的太太瑪格莉特(Margrethe Nørlund)及海森堡死後的鬼魂,回憶當時的情景,試圖拼湊對話內容及海森堡的來意。飾演波耳的台大機械系學生李晉杰表示,因為一隻手全程要拿劇本,所以手部動作的表演方式很受限,演出時很依賴聲音及表情的變化。劇中,李晉杰以較為緩慢、帶點喉音的聲音,表現波耳的年長,並在演出爭論的橋段時,透過急切的語氣、提高的音量,及揮舞的手勢表現情緒。演員練習時,花了很長的時間建立角色的聲音和形象。導演、台大物理系彭士詮表示,他會在練習時模擬角色之間的相處情境,幫助演員熟悉角色的關係。彭士詮也提到排練時,會讓演員把台詞唱出來,「因為有時候會被台詞或固定的說話方式框架住,所以用各種曲子唱出來,可以找到不同的方式去表現台詞。」傳統讀劇演出時,演員僅會坐在椅子上讀出對白。但是本次《哥本哈根》讀劇演出中,依然有安排演員的動作及走位安排。彭士詮說:「因為很擔心觀眾會看到睡著。」為了幫助演員演活角色,他曾拿科學家的自傳給演員閱讀。李晉杰說:「波爾的自傳裡,有寫到波爾講話時,喜歡一隻手背在後面的習慣動作。」讀劇原本為劇作家發表新作品時,以簡易的表演方式,邀請演員念白對話,測試觀眾的喜好度。彭士詮表示,因為出身物理系而選擇《哥本哈根》此劇本,以讀劇來演出,則是因為這是自己第一次導戲,他希望把讀劇演出當作一個實驗,了解觀眾對這齣戲的反應,也測驗自己是否能完整表達出原劇本的意義。與其他舞台劇相比,讀劇演出讓觀眾更能專注在劇本的對白。觀眾台大法律系學生張佳萱說:「很像我們看的小說被唸出來一樣。」她認為,當內心活動被演員讀出來時,更可以感受到角色細膩的感情變化。觀眾周怡廷則認為,讀劇演出讓觀眾不會被舞台的布景或道具侷限住,保留給觀眾自由想像場景空間。
【課程精實】他山之石 台大物理系課程改革由學生擔任要角
校園
第1614期
【課程精實】他山之石 台大物理系課程改革由學生擔任要角
焦點
2016-01-04
【記者張方慈綜合報導】為改善大學生修習學分過多的情況,政大去年通過「課程精實方案」。政大法學院走在校方政策之前,已於2010年起實施課程精實;傳播學院也花費數年完成課程重整。台大物理系則是由系學會每年執行課程意見調查、舉辦公聽會凝聚共識,在課程改革過程扮演重要角色。台大物理系教授林敏聰接受本報專訪時指出,他觀察到台灣課程普遍太重、學分數太多,培養出的學生知道很多罐頭知識,卻很少花時間去思考,更不會自己提出問題和具創造性的解決方法;因此在擔任課程委員會召集人時著手推動課程改革。台大物理系於五年前開始調整課程結構,並於2014年提出課程改革計畫。第一步是先做調查,比對美國麻省理工、哈佛、柏克萊等大學,歸納出台大物理系必修學分比國外同類型科系多出約三分之一。因此,改革方案規劃將必修從77學分降至66學分。改革方案將原本開設於研究所的「專題討論課」改列為大學部「必選」課程,以類似群修概念,讓學生能在大學時便參與教授研究專題,了解該領域未來研究方向。此外,增設習題演算課程,藉由助教帶領的討論課增進理解,同時訓練學生的表達能力。林敏聰認為,要訂定一個準確、量化型的評鑑制度來評估成效並不容易,因此學生的反應是重要指標。他認為學校制式的教學意見調查表只針對老師個人,無法針對整個系課程結構做意見調查,系所應該設計符合系所需求的調查表。物理系開始調整課程結構時,由系學會學術部設計並發放問卷調查學生意見。問卷題目包括:「哪些課內容太多應該增加學分數」、「課程內容與時數安排是否恰當」等。此項調查已成為物理系學會每年重要業務。系學會學術部每年舉辦公聽會,請老師到現場與同學討論。林敏聰提醒,學生在公聽會提出看法前,應先調查出較全面、有深度的課程意見;若只是少數學生在發表個人看法,沒有整理成共識,難以形成改革目標。「意見很重要,但意見要被有系統的整理,才能知道真正多數人的想法是什麼」。林敏聰表示,系學會應擔任課程改革的重要角色,至於該怎麼做,「也沒什麼大道理,就是要花時間去做這些調查工作」。他認為學生是教育的主體,有權利要求學校制定好的政策,但有權利就有責任,也要做出努力,而不是當一個被動的受教者。台大物理系課程調查問卷(2004年)
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