外骨骼機器人的國產化之路

◎ 文 《法人》見習記者 李韻石

嚴寒冬日，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上，雙手不時地拍打著自己的雙腿，用來促進血液循環。

79歲的李奶奶退休前是小學老師，她性格很開朗，很愿意參加戶外活動。退休之初的幾年還時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，我現在就是腿沒有勁了，膝蓋也會疼。平常最主要的活動就是到樓下坐坐，曬曬太陽，拄著拐棍走幾步。當然也得趕上天氣好的時候，像這樣冷的天氣腿會疼，上下樓都很吃力，就不出去了?！崩钅棠谈嬖V記者。與李奶奶有相似經歷的人很多，大部分人隨著年齡的增長都會面臨行動障礙的問題。為了解決這個問題，世界上許多科技公司利用人工智能技術來打造機器人產品助力老年人、殘障人士和一些特殊人群。

清華大學智能與生物機械實驗室（以下簡稱“實驗室”）、無障礙發展研究院（以下簡稱“無障礙研究院”）在人工智能康復、無障礙環境等領域產生了不少高水平的科研成果，在輔助殘障群體康復和生活質量提升方面發揮了重要作用。在這些機構的引領下，中國的殘障事業、無障礙事業亦在高質量發展。

讓截癱患者站起來

走進實驗室，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。實驗室的博士后常婧正在帶領幾名研究生做試驗，她在一名學生的小腿上貼一個火柴盒大小的電子傳感器。記者看到，傳感器上的顯示燈會隨著人腿的擺動而閃爍。

在他們身旁，擺放著該實驗室的部分研究產品，其中一副外骨骼機器人引起了記者的注意。談到外骨骼機器人，實驗室的負責人、無障礙研究院副院長季紅林向《法人》記者表示：“我們從上個世紀80年代就開始研究外骨骼機器人，當時人工智能概念還沒有普及，業內稱其為截癱助行器。清華大學在該領域的研究起步很早，而且我們的人機交互和人機耦合技術在全球研究領域是有地位的?！?/p>

一米多高的外骨骼機器人從外部看上去很簡單，但在技術上卻融合了傳感、控制、信息、融合、移動計算等眾多領域的高科技產品。以ES-EXO外骨骼機器人為例，它將使用者上肢和軀干運動功能未受損傷的肌肉所產生的能量傳遞到下肢，代償下肢運動功能受損的肌肉，達到使用者和外骨骼同時運動的效果。

與其他國家的外骨骼機器人相比，ESEXO的明顯區別在于髖關節采用特殊的結構設計，可儲存使用者髖關節伸展過程中來自重心降低及髖關節屈肌被動拉伸所產生的能量，并在髖關節屈曲過程中釋放，為行走時下肢的擺動提供助力，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，為了達到預期的效果，除了一些常用零部件外，外骨骼機器人與人體接觸部分零件都是一單一設計，一單一生產、季紅林表示，“想要讓外骨骼機器人達到最理想效果，就得考慮機器與人之間的信息輸出和輸入問題，就是我們經常說的閉環，但這并不容易。”

由于人體利用外骨骼機器人運動時要考慮人的神經系統、肌肉情況以及其他生物指標，所以在設計生產環節，ES-EXO可以根據使用者身高、體重和損傷情況設置參數，以達到滿足人體差異的要求。

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

老齡化社會的重要技術保障

季紅林同時表示，像ES-EXO此類的相關技術未來在我國醫療、民用和軍事等方面有巨大的發展潛力。在醫療康復機構的臨床結果顯示，ES-EXO 可以幫助截癱的人站起來甚至自主地走路。

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

與之相比，ES-EXO外骨骼機器人的費用就要低很多。季紅林說：“我們早期也做過與REWALK相似的電力驅動技術，甚至可以做到用30瓦的小型馬達就可以帶動一條腿，包括髖關節和膝關節，但那個費用太高，一般人承擔不起。目前的無動力儲能技術能降低成本，讓我國大部分有需求者都能得到幫助?！?/p>

季紅林同時表示，ES-EXO外骨骼機器人未來還要大力作用于我國醫療、民用和軍事等方面。

在醫療方面，ES-EXO已經可以讓截癱的人站起來甚至自主地走路。

在民用方面，外骨骼機器人主要發展老年人助力技術。我國已經進入老齡化社會，目前60歲以上的老年人已經達到2.49億人，隨著年齡的增長，老人的肌肉和關節都將出現退行性病變，外骨骼機器人可以給他們提供助力。

外骨骼機器人技術仍在發展

未來，隨著人工智能技術的發展與升級，外骨骼機器人技術勢必也會隨之提高。

“中國即將步入高度老齡化社會階段，又是全世界殘障人口（8500萬）最多的國家，從需求的角度而言，外骨骼機器人的市場發展潛力是巨大的?！睙o障礙研究院執行院長助理康尼對記者說，但是康復輔助器具的產業發展還屬于起步階段，未來產品技術和產業化程度需要不斷提升，才可能滿足社會需求。

速感科技有限公司前視覺技術研究員王凱告訴記者：“一款與人體接觸互聯的機器人想要得到市場認可，舒適度是一個重要的評判標準?！?/p>

他表示，以色列的REWALK外骨骼機器人自2014年產品上市后，由于它的舒適度低以及高昂的價格，市場表現一直不好，甚至導致該公司的股價一直在降低下降。

當記者詢問外骨骼機器人未來發展中可能會遇到什么問題時，季林紅教授的臉上露出了一絲擔憂。我國外骨骼類的康復輔具發展面臨一個重要的問題，就是專業技術服務人才數量匱乏，質量不高。因為只有專業的評估適配服務才能夠讓輔具發揮更好的功效。但就我國而言，目前我們國家需要假肢的人員至少2000萬人，而專業裝配師僅1200人。

記者了解到，專業的裝配師需要通過資格考試，該考試包含機械、醫學與信息等多學科內容。季紅林教授甚至自嘲道：“我去考可能都考不過。”

而就舒適性的問題，季紅林教授表示，隨著技術的提高，未來的外骨骼機器人可以最大限度地提高舒適度，以達到人體一部分的效果，而且這個目標早晚會實現。