外骨骼機(jī)器人的國產(chǎn)化之路

◎ 文 《法人》見習(xí)記者 李韻石

嚴(yán)寒冬日，陽光總能給人帶來一絲暖意。家住航天大院的李奶奶坐在陽臺(tái)上，雙手不時(shí)地拍打著自己的雙腿，用來促進(jìn)血液循環(huán)。

79歲的李奶奶退休前是小學(xué)老師，她性格很開朗，很愿意參加戶外活動(dòng)。退休之初的幾年還時(shí)常約著一些老朋友出去旅游，但隨著年齡一天天增大，腿腳就不那么利落了。

“俗話說人老先老腿，我現(xiàn)在就是腿沒有勁了，膝蓋也會(huì)疼。平常最主要的活動(dòng)就是到樓下坐坐，曬曬太陽，拄著拐棍走幾步。當(dāng)然也得趕上天氣好的時(shí)候，像這樣冷的天氣腿會(huì)疼，上下樓都很吃力，就不出去了。”李奶奶告訴記者。與李奶奶有相似經(jīng)歷的人很多，大部分人隨著年齡的增長都會(huì)面臨行動(dòng)障礙的問題。為了解決這個(gè)問題，世界上許多科技公司利用人工智能技術(shù)來打造機(jī)器人產(chǎn)品助力老年人、殘障人士和一些特殊人群。

清華大學(xué)智能與生物機(jī)械實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱“實(shí)驗(yàn)室”）、無障礙發(fā)展研究院（以下簡稱“無障礙研究院”）在人工智能康復(fù)、無障礙環(huán)境等領(lǐng)域產(chǎn)生了不少高水平的科研成果，在輔助殘障群體康復(fù)和生活質(zhì)量提升方面發(fā)揮了重要作用。在這些機(jī)構(gòu)的引領(lǐng)下，中國的殘障事業(yè)、無障礙事業(yè)亦在高質(zhì)量發(fā)展。

讓截癱患者站起來

走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，首先映入眼簾的是一排排整齊的電腦，一把把指向一致的焊槍。實(shí)驗(yàn)室的博士后常婧正在帶領(lǐng)幾名研究生做試驗(yàn)，她在一名學(xué)生的小腿上貼一個(gè)火柴盒大小的電子傳感器。記者看到，傳感器上的顯示燈會(huì)隨著人腿的擺動(dòng)而閃爍。

在他們身旁，擺放著該實(shí)驗(yàn)室的部分研究產(chǎn)品，其中一副外骨骼機(jī)器人引起了記者的注意。談到外骨骼機(jī)器人，實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人、無障礙研究院副院長季紅林向《法人》記者表示：“我們從上個(gè)世紀(jì)80年代就開始研究外骨骼機(jī)器人，當(dāng)時(shí)人工智能概念還沒有普及，業(yè)內(nèi)稱其為截癱助行器。清華大學(xué)在該領(lǐng)域的研究起步很早，而且我們的人機(jī)交互和人機(jī)耦合技術(shù)在全球研究領(lǐng)域是有地位的?！?/p>

一米多高的外骨骼機(jī)器人從外部看上去很簡單，但在技術(shù)上卻融合了傳感、控制、信息、融合、移動(dòng)計(jì)算等眾多領(lǐng)域的高科技產(chǎn)品。以ES-EXO外骨骼機(jī)器人為例，它將使用者上肢和軀干運(yùn)動(dòng)功能未受損傷的肌肉所產(chǎn)生的能量傳遞到下肢，代償下肢運(yùn)動(dòng)功能受損的肌肉，達(dá)到使用者和外骨骼同時(shí)運(yùn)動(dòng)的效果。

與其他國家的外骨骼機(jī)器人相比，ESEXO的明顯區(qū)別在于髖關(guān)節(jié)采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可儲(chǔ)存使用者髖關(guān)節(jié)伸展過程中來自重心降低及髖關(guān)節(jié)屈肌被動(dòng)拉伸所產(chǎn)生的能量，并在髖關(guān)節(jié)屈曲過程中釋放，為行走時(shí)下肢的擺動(dòng)提供助力，從而提高使用者行走效率，降低能量消耗。

由于人體存在差異，為了達(dá)到預(yù)期的效果，除了一些常用零部件外，外骨骼機(jī)器人與人體接觸部分零件都是一單一設(shè)計(jì)，一單一生產(chǎn)、季紅林表示，“想要讓外骨骼機(jī)器人達(dá)到最理想效果，就得考慮機(jī)器與人之間的信息輸出和輸入問題，就是我們經(jīng)常說的閉環(huán)，但這并不容易?！?/p>

由于人體利用外骨骼機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)要考慮人的神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉情況以及其他生物指標(biāo)，所以在設(shè)計(jì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，ES-EXO可以根據(jù)使用者身高、體重和損傷情況設(shè)置參數(shù)，以達(dá)到滿足人體差異的要求。

通過試驗(yàn)證明，ES-EXO外骨骼機(jī)器人適用于T8-T12范圍內(nèi)的完全性脊髓損傷患者和T4-T12范圍內(nèi)的非完全性脊髓損傷患者，以及脊柱裂、轉(zhuǎn)移性骨髓炎以及肌源性、神經(jīng)源性疾病造成的下腰部骨盆、下肢需要支撐的患者。

老齡化社會(huì)的重要技術(shù)保障

季紅林同時(shí)表示，像ES-EXO此類的相關(guān)技術(shù)未來在我國醫(yī)療、民用和軍事等方面有巨大的發(fā)展?jié)摿?。在醫(yī)療康復(fù)機(jī)構(gòu)的臨床結(jié)果顯示，ES-EXO 可以幫助截癱的人站起來甚至自主地走路。

如此高昂的費(fèi)用還不一定能買得到，還需要使用者親自到公司去進(jìn)行適配，其中所有的費(fèi)用都要購買者自己承擔(dān)。這也是造成目前REWALK產(chǎn)品并不暢銷的主要原因之一。

與之相比，ES-EXO外骨骼機(jī)器人的費(fèi)用就要低很多。季紅林說：“我們?cè)缙谝沧鲞^與REWALK相似的電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)，甚至可以做到用30瓦的小型馬達(dá)就可以帶動(dòng)一條腿，包括髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，但那個(gè)費(fèi)用太高，一般人承擔(dān)不起。目前的無動(dòng)力儲(chǔ)能技術(shù)能降低成本，讓我國大部分有需求者都能得到幫助?！?/p>

季紅林同時(shí)表示，ES-EXO外骨骼機(jī)器人未來還要大力作用于我國醫(yī)療、民用和軍事等方面。

在醫(yī)療方面，ES-EXO已經(jīng)可以讓截癱的人站起來甚至自主地走路。

在民用方面，外骨骼機(jī)器人主要發(fā)展老年人助力技術(shù)。我國已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，目前60歲以上的老年人已經(jīng)達(dá)到2.49億人，隨著年齡的增長，老人的肌肉和關(guān)節(jié)都將出現(xiàn)退行性病變，外骨骼機(jī)器人可以給他們提供助力。

外骨骼機(jī)器人技術(shù)仍在發(fā)展

未來，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展與升級(jí)，外骨骼機(jī)器人技術(shù)勢必也會(huì)隨之提高。

“中國即將步入高度老齡化社會(huì)階段，又是全世界殘障人口（8500萬）最多的國家，從需求的角度而言，外骨骼機(jī)器人的市場發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮??！睙o障礙研究院執(zhí)行院長助理康尼對(duì)記者說，但是康復(fù)輔助器具的產(chǎn)業(yè)發(fā)展還屬于起步階段，未來產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化程度需要不斷提升，才可能滿足社會(huì)需求。

速感科技有限公司前視覺技術(shù)研究員王凱告訴記者：“一款與人體接觸互聯(lián)的機(jī)器人想要得到市場認(rèn)可，舒適度是一個(gè)重要的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

他表示，以色列的REWALK外骨骼機(jī)器人自2014年產(chǎn)品上市后，由于它的舒適度低以及高昂的價(jià)格，市場表現(xiàn)一直不好，甚至導(dǎo)致該公司的股價(jià)一直在降低下降。

當(dāng)記者詢問外骨骼機(jī)器人未來發(fā)展中可能會(huì)遇到什么問題時(shí)，季林紅教授的臉上露出了一絲擔(dān)憂。我國外骨骼類的康復(fù)輔具發(fā)展面臨一個(gè)重要的問題，就是專業(yè)技術(shù)服務(wù)人才數(shù)量匱乏，質(zhì)量不高。因?yàn)橹挥袑I(yè)的評(píng)估適配服務(wù)才能夠讓輔具發(fā)揮更好的功效。但就我國而言，目前我們國家需要假肢的人員至少2000萬人，而專業(yè)裝配師僅1200人。

記者了解到，專業(yè)的裝配師需要通過資格考試，該考試包含機(jī)械、醫(yī)學(xué)與信息等多學(xué)科內(nèi)容。季紅林教授甚至自嘲道：“我去考可能都考不過?！?/p>

而就舒適性的問題，季紅林教授表示，隨著技術(shù)的提高，未來的外骨骼機(jī)器人可以最大限度地提高舒適度，以達(dá)到人體一部分的效果，而且這個(gè)目標(biāo)早晚會(huì)實(shí)現(xiàn)。