創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是一種實(shí)現(xiàn)高效、低成本個(gè)性化設(shè)計(jì)的方式，它不再依賴手工建模創(chuàng)建單一模型，而是基于規(guī)則編寫算法生成模型，一套規(guī)則可以生成無數(shù)種模型。設(shè)計(jì)師的任務(wù)已經(jīng)變?yōu)閯?chuàng)建規(guī)則，編寫設(shè)計(jì)程序了，生成模型的任務(wù)交給計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。最終的個(gè)性化模型是由一組合適個(gè)性化的參數(shù)或條件來確定的。

        創(chuàng)成式設(shè)計(jì)能夠創(chuàng)造出手動(dòng)建模所不易獲得的設(shè)計(jì)方案，它們擁有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，而增材制造-3D打印技術(shù)在工業(yè)制造中的應(yīng)用優(yōu)勢之一是制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以說創(chuàng)成式設(shè)計(jì)與增材制造技術(shù)是天生的“好伙伴”，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)將進(jìn)一步釋放增材制造的應(yīng)用潛能。本期，將繼續(xù)創(chuàng)成式設(shè)計(jì)與個(gè)性化定制的話題，分享一個(gè)家用便攜式EEG 耳機(jī)的個(gè)性化設(shè)計(jì)與制造的案例。設(shè)計(jì)與開發(fā)EEG耳機(jī)的目的是用于癱瘓患者的運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練，屬于康復(fù)醫(yī)療器械范疇。

從傳統(tǒng)CAD建模演變?yōu)樽筮呁ㄟ^Autodesk Fusion 360創(chuàng)成式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的最終設(shè)計(jì)。來源：Autodesk

 高效、經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)個(gè)性化與復(fù)雜性設(shè)計(jì)

     脊髓損傷或中風(fēng)患者經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)癱瘓，即部分或完全失去四肢的使用能力。這是由于大腦無法再向手臂或腿部發(fā)出指令。腦機(jī)接口(BCIs)是一種能夠連接外部設(shè)備與人類大腦的技術(shù),使得人類能夠運(yùn)用自已的思維來直接控制外部設(shè)備,而不需要肌肉、軀干的參與。腦-機(jī)交互及功能電刺激系統(tǒng)（BCI-FES），已被用于癱瘓患者的康復(fù)訓(xùn)練。

來源：Autodesk

        BCI-FES系統(tǒng)所需的醫(yī)療設(shè)備復(fù)雜，并且患者需要與專業(yè)人員一起訓(xùn)練。如果獲取可靠的患者腦電圖（EEG）信號(hào)的方式更加簡單，那么，BCI-FES 技術(shù)的成本將會(huì)降低，將有更多的癱瘓患者，受益于這種康復(fù)方式。根據(jù)軟件公司Autodesk, 蘇格蘭格拉斯哥大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一名博士研究生正在設(shè)計(jì)開發(fā)一種家用便攜式EEG耳機(jī)，來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

     手功能不完全喪失的患者，是這個(gè)研究項(xiàng)目的主要對象。EEG耳機(jī)在康復(fù)治療系統(tǒng)中起到的作用是記錄大腦活動(dòng), 這套系統(tǒng)可以測量大腦活動(dòng)，并在電腦屏幕上以圖形化的方式顯示出來，指導(dǎo)患者自我調(diào)節(jié)大腦活動(dòng)。到人想要活動(dòng)肢體時(shí)，大腦會(huì)產(chǎn)生與實(shí)際移動(dòng)時(shí)相似的大腦活動(dòng)變化，這時(shí)計(jì)算機(jī)會(huì)檢測到意圖并激活刺激器，刺激器向手部肌肉發(fā)出信號(hào)，然后患者就可以開始運(yùn)動(dòng)。

        耳機(jī)開發(fā)者所在的實(shí)驗(yàn)室，曾使用一款商用便攜式耳機(jī)進(jìn)行了測試。電極與頭部之間具有良好的接觸性，是獲取良好EEG 信號(hào)的關(guān)鍵，但這款耳機(jī)沒有涵蓋研究人員感興趣的重點(diǎn)大腦關(guān)鍵區(qū)域，不能以一致的方式適合不同用戶的頭部，無法使電極與頭部之間進(jìn)行良好的接觸。

EEG 3D打印耳機(jī)。來源：Autodesk

      研究人員決定設(shè)計(jì)專用的耳機(jī)，將電極更準(zhǔn)確地映射到頭部。但一開始設(shè)計(jì)的可調(diào)節(jié)束帶的通用型頭戴式耳機(jī)，仍無法使用所有患者使用，因此最終決定進(jìn)行EEG 耳機(jī)的個(gè)性化設(shè)計(jì)，但是無論是個(gè)性化設(shè)計(jì)，還是個(gè)性化制造，都需要高效和具有經(jīng)濟(jì)性。

     最初設(shè)計(jì)耳機(jī)時(shí)，采用了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，但最終轉(zhuǎn)而采用能夠高效、低成本實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件，來開發(fā)個(gè)性化EEG 耳機(jī)。他們使用的軟件為Autodesk Fusion 360，在設(shè)計(jì)時(shí)輸入一組需求，然后由軟件根據(jù)這些需求，自動(dòng)創(chuàng)建多組設(shè)計(jì)，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行選擇。研究人員將佩戴者頭部的3D掃描文件導(dǎo)入到創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件中，然后使用它們來創(chuàng)建個(gè)性化耳機(jī)，軟件生成了約15種不同的設(shè)計(jì)。

     除了實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)之外，研究人員希望最大程度地減少將耳機(jī)安裝到患者身上時(shí)使用的活動(dòng)部件的數(shù)量，但這一設(shè)計(jì)理念增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。研究人員選擇3D打印技術(shù)作為耳機(jī)的制造方式，以經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)個(gè)性化耳機(jī)的制造，并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的設(shè)計(jì)。

       以上EEG耳機(jī)的研究項(xiàng)目仍在開展中，目前的定制耳機(jī)尚未成為正式的康復(fù)醫(yī)療設(shè)備。除了在運(yùn)動(dòng)康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用，這款耳機(jī)的還可以在消費(fèi)領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如可以用來進(jìn)行神經(jīng)調(diào)節(jié)干預(yù)，測試健康的人如何僅憑腦波玩多用戶游戲，來提高游戲的最佳性能。

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