您的位置：首頁(yè) >新聞 > 文化 >
現(xiàn)實(shí)版的鋼鐵俠 我國(guó)首個(gè)外骨骼機(jī)器人誕生
現(xiàn)實(shí)版的“鋼鐵俠”，或許并不像漫畫(huà)和電影里那樣擁有驚人的力量，但對(duì)于截癱、偏癱、腦癱患者來(lái)說(shuō)，帥梅和她的研究團(tuán)隊(duì)，沒(méi)準(zhǔn)比超級(jí)英雄更“超級(jí)英雄”。他們研制的設(shè)備，能在一定程度上幫助那些下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙人士重新站起來(lái)。
帥梅是北京航空航天大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程高精尖中心博士生導(dǎo)師、研究員，也是北航外骨骼實(shí)驗(yàn)室的主任。她與團(tuán)隊(duì)一同研發(fā)的我國(guó)第一個(gè)外骨骼機(jī)器人，是科技部“十二五”支撐計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市重大科技計(jì)劃的成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目。
作為我國(guó)康復(fù)機(jī)器人持續(xù)原創(chuàng)研發(fā)者，這個(gè)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的外骨骼機(jī)器人，被選為2022年北京冬季殘奧會(huì)火炬?zhèn)鬟f及火炬匯集代表，在全世界面前展示了中國(guó)科技給殘障人士生活帶來(lái)的改變。
帥梅對(duì)記者說(shuō)，未來(lái)的機(jī)械外骨骼，也許還會(huì)造福更多的人，發(fā)揮更重要的作用。
“一套機(jī)器人，裝著數(shù)百個(gè)傳感器”
位于北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)經(jīng)海三路139號(hào)的陽(yáng)光大艾肢體殘疾人士康復(fù)中心，看起來(lái)并不像研究基地或工廠，而更像是一個(gè)療養(yǎng)院。
3月22日，春分剛過(guò)，仍感料峭。幾位不良于行的患者，“嵌”在大大小小款式不同的外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人當(dāng)中，裝有傳感器的機(jī)械腿綁縛使用者的下肢，他們?cè)诠ぷ魅藛T的幫助下，一步一步，向前行走。
他們是來(lái)這里做康復(fù)訓(xùn)練的，需要在訓(xùn)練場(chǎng)地不間斷地行走，達(dá)到“復(fù)健”目的。
“這一套機(jī)器人，裝著數(shù)百個(gè)傳感器。”帥梅說(shuō)。
她穿行在訓(xùn)練場(chǎng)地，眼前的使用者，有因?yàn)橛?xùn)練意外而失去胸以下部位所有知覺(jué)的運(yùn)動(dòng)員，也有無(wú)法控制好下肢、走路步態(tài)“不正規(guī)”的腦癱兒童。
帥梅跟每個(gè)使用者打招呼，詢(xún)問(wèn)他們這一次的康復(fù)體驗(yàn)。這位機(jī)器人領(lǐng)域的工學(xué)教授，眼下看起來(lái)，倒更像是一位醫(yī)生。
“我們確實(shí)還需要再學(xué)很多醫(yī)學(xué)的東西，幸好我們很快就了解了相關(guān)領(lǐng)域需要的醫(yī)學(xué)知識(shí)，還得到了北京積水潭醫(yī)院、國(guó)家康復(fù)輔具研究中心等單位醫(yī)學(xué)專(zhuān)家的幫助指點(diǎn)。”帥梅說(shuō)。
她從2003年開(kāi)始機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)研究。
比起“寫(xiě)論文”，她對(duì)親自動(dòng)手、“做一些對(duì)人類(lèi)有益的產(chǎn)品”更感興趣。她最早研制的，是一個(gè)行走在崎嶇不平路面的仿人機(jī)器人。他們把障礙物撒到地上去，各種大小，不同高低，凹凸不平，機(jī)器人在上面自行判斷復(fù)雜情況完成行走。用帥梅的話說(shuō)，要是機(jī)器人判斷不了復(fù)雜路面，它的實(shí)用性“基本上就沒(méi)有了”。
2006年之后，帥梅先是任職于北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，目前是北航生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的研究員。
“中國(guó)是人口大國(guó)，老齡化問(wèn)題比較突出，對(duì)于健康的需求越來(lái)越大，所以我們想在這方面發(fā)力。”她和團(tuán)隊(duì)開(kāi)始關(guān)注到了健康領(lǐng)域。
自此，帥梅一頭扎進(jìn)了對(duì)外骨骼機(jī)器人的研究當(dāng)中。她的一位研究仿人機(jī)器人的博士研究生總跟她念叨，說(shuō)“老師，咱們要是早就研究外骨骼機(jī)器人就好了”，帥梅笑著回憶，那位學(xué)生“反復(fù)念叨了幾十遍”。
他們都覺(jué)得，外骨骼機(jī)器人是一個(gè)馬上就能為民眾帶來(lái)福利的產(chǎn)品，比起之前的崎嶇不平路面機(jī)器人，“對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)會(huì)更大一點(diǎn)”。
不過(guò)帥梅也覺(jué)得，早期的研究還是有意義的，畢竟要是沒(méi)有前期研究的基礎(chǔ)，后續(xù)的研究就等于是從頭開(kāi)始，會(huì)更加艱難。
帥梅說(shuō)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)目前擁有5個(gè)系列9款不同的外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品，訓(xùn)練超百萬(wàn)人次。
“他走的汗都出來(lái)了，我也看的汗都出來(lái)了”
研究團(tuán)隊(duì)的攻堅(jiān)過(guò)程歷時(shí)10余年，至今仍在做進(jìn)一步研發(fā)。實(shí)驗(yàn)室里，時(shí)不時(shí)會(huì)有凌晨3點(diǎn)測(cè)試的場(chǎng)面。
“搞科研就是這樣，到了關(guān)鍵時(shí)刻，是停不下來(lái)的，就必須得往前走。”帥梅開(kāi)玩笑地提到，積水潭醫(yī)院的一位主任，經(jīng)常被她半夜的電話吵醒。
作為工科人，帥梅見(jiàn)過(guò)無(wú)數(shù)的同行，他們身上都有個(gè)共同的特點(diǎn)，就是“看著傻乎乎的”。
“走到你跟前突然一翻眼睛，看你一眼，然后自己就走過(guò)去了，不跟你打招呼，因?yàn)樗揪蜎](méi)看見(jiàn)人，這是工科人在思考問(wèn)題。”她笑著說(shuō)。
她自己也經(jīng)常處于這個(gè)狀態(tài)，在這種狀態(tài)下攻克了無(wú)數(shù)個(gè)技術(shù)難關(guān)。每當(dāng)解決掉一個(gè)卡住團(tuán)隊(duì)的技術(shù)問(wèn)題，他們都“特別有成就感”。
截至目前，團(tuán)隊(duì)拿到了2021年中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新與促進(jìn)獎(jiǎng)產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)，在國(guó)際上，獲得過(guò)英國(guó)皇室“龍門(mén)創(chuàng)將”全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中國(guó)冠軍、全球亞軍。
據(jù)帥梅回憶，北美康復(fù)工程與輔助器具協(xié)會(huì)主席有一年來(lái)中國(guó)參加展會(huì)，在他們的展臺(tái)上站了一個(gè)多小時(shí)。
美國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院外籍院士、中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)頭人勵(lì)建安教授有過(guò)這樣一個(gè)評(píng)價(jià)：對(duì)于失去站立或行走功能、或行走功能減弱的截癱、偏癱、腦癱、老年人等，外骨骼機(jī)器人具有過(guò)去無(wú)法實(shí)現(xiàn)的效果。
“還可以幫助使用者重塑行走的蹲伏步態(tài)。”帥梅提到一位腦癱人士，那是一個(gè)被稱(chēng)為小安琪的女孩。
在穿戴外骨骼機(jī)器人進(jìn)行幾天康復(fù)訓(xùn)練之后，小安琪專(zhuān)門(mén)走到一位研究人員的面前，對(duì)她說(shuō)，“姐姐，我這15年活得不如這5天”。
研究人員一把抱住了小安琪，心里特別感動(dòng)。
“孩子的大腦還在發(fā)育中，還有機(jī)會(huì)去改善。”帥梅感慨。在最初的設(shè)計(jì)中，她“還真沒(méi)想過(guò)可以適用于腦癱孩子”。
她還記得，第一位使用她研發(fā)的外骨骼機(jī)器人的，是一位脊髓損傷者。在穿上外骨骼設(shè)備之前，對(duì)方已經(jīng)14年無(wú)法行走了。通過(guò)醫(yī)院的介紹，這位患者被送到了帥梅面前。
四五個(gè)小時(shí)過(guò)去，研究團(tuán)隊(duì)試著讓這位患者穿上外骨骼設(shè)備，邁出第一步。
那是在北航的一間實(shí)驗(yàn)室里，不到十米的距離，這位患者終于挪動(dòng)了十幾年沒(méi)有抬起的雙腿，在可穿戴設(shè)備的幫助下，一步一步，走完了這段路。
“歷史性的一步啊!”帥梅翻出當(dāng)年用手機(jī)錄制的視頻，一邊看一邊感慨，“他走的汗都出來(lái)了，我也看的汗都出來(lái)了。”
“把成本降下來(lái)，才能幫助更多的人”
帥梅走到電梯口，遇到一位家長(zhǎng)，家長(zhǎng)推著輪椅上的孩子正要離開(kāi)。
“今天怎么樣?”帥梅迅速跟對(duì)方討論了起來(lái)，那位父親隨口提到，孩子在訓(xùn)練過(guò)程中“睡著了”。
等帥梅回到休息區(qū)，轉(zhuǎn)身叫住幫那位孩子訓(xùn)練的工作人員，她叮囑道，“下回不能讓他睡著了”。
十幾平方米的休息區(qū)，幾個(gè)年輕人或站或立，其中一位20歲出頭的年輕人，已經(jīng)能脫離外骨骼機(jī)器人直接行走了。用帥梅的話說(shuō)，原先“這孩子像紙片人一般，可瘦了”，如今胳膊上腿上有肉了，整個(gè)人都“變帥了”。
作為研發(fā)者，帥梅見(jiàn)證過(guò)許多患者，在外骨骼機(jī)器人的幫助下一步步走向康復(fù)。
這其中，有的使用者因?yàn)椴荒軇?dòng)，患有骨質(zhì)疏松，身體狀況非常差，甚至出現(xiàn)肌肉萎縮，相比于正常人甚至老年人都差很多。
中樞神經(jīng)損傷的治療，在醫(yī)學(xué)上一直是難題。在外骨骼機(jī)器人的幫助下，穿戴使用者通過(guò)訓(xùn)練，用設(shè)定的仿生行走步態(tài)，在真實(shí)地面行走。這能夠促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)，調(diào)動(dòng)穿戴使用者全身的關(guān)節(jié)肌肉運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)肌力、軀干控制能力、平衡和協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)能力，同時(shí)也能增進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。
在北京冬殘奧會(huì)火炬接力火種匯集儀式現(xiàn)場(chǎng)，一個(gè)名叫邵海朋的人格外顯眼。他曾因高空墜落導(dǎo)致截癱，雙下肢失去行走功能。如今，銀色和紅色的智能裝置支撐著他邁開(kāi)雙腿，實(shí)現(xiàn)了傳遞火炬的夢(mèng)想。
邵海朋還參加過(guò)“科技助殘”穿越“一帶一路”機(jī)器人行走馬拉松公益挑戰(zhàn)賽，穿戴著外骨骼機(jī)器，歷時(shí)9天，走完42.195公里的全程馬拉松，創(chuàng)造了該項(xiàng)目的世界紀(jì)錄。
來(lái)自湖南的90后女孩楊淑亭因車(chē)禍高位截癱，作為冬殘奧火炬手出現(xiàn)在冬殘奧會(huì)火炬?zhèn)鬟f過(guò)程中。在這之前，她用5個(gè)月進(jìn)行了適配訓(xùn)練，學(xué)習(xí)掌握下肢助力外骨骼設(shè)備。
據(jù)帥梅介紹，冬殘奧會(huì)上出現(xiàn)的其中一款，是最新的人工智能外骨骼機(jī)器人，基于傳感網(wǎng)絡(luò)和人工智能控制算法，能自動(dòng)感知穿戴者的主觀行動(dòng)意愿，輔助其“隨心而動(dòng)”，實(shí)現(xiàn)快走、慢走任意切換，甚至還能上下樓梯、上下坡。
這一外骨骼機(jī)器人，主要用于行走能力有一定障礙但并未完全喪失行走能力的殘疾人，可以增強(qiáng)使用者肌肉的剩余力量，幫助身體恢復(fù)機(jī)能。帥梅也提到，針對(duì)完全失去行走能力的殘疾人，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了被動(dòng)式的智能外骨骼機(jī)器人。
降低成本是這個(gè)團(tuán)隊(duì)的下一步研究方向之一。帥梅曾得到過(guò)機(jī)會(huì)，向政府領(lǐng)導(dǎo)介紹外骨骼機(jī)器人，在聽(tīng)完功能和效果的介紹之后，領(lǐng)導(dǎo)迅速問(wèn)了一個(gè)重要問(wèn)題：“多少錢(qián)?”
“還是需要把成本降下來(lái)，才能幫助更多的人。”帥梅說(shuō)。
