曾在無數(shù)影視作品中出現(xiàn)的外骨骼，正成為讓無數(shù)癱瘓患者重新行走的“鎧甲”。2013年，北京航空航天大學帥梅團隊研發(fā)出國內(nèi)首個外骨骼機器人。2016年，大艾機器人宣告成立。經(jīng)歷十多年的深入研發(fā)和市場化后，外骨骼機器人這一“黑科技”已從高校實驗室走入了廣闊的康復市場，并獲得中國第一個外骨骼二類創(chuàng)新醫(yī)療器械、第一個醫(yī)療器械注冊證，改變了截癱、偏癱、腦癱等重大惡性疾病幾乎無法康復的困境。在外骨骼機器人的幫助下，截癱患者不僅重新感知到雙腿的存在，甚至還完成了全程馬拉松距離的行走。目前，全國已有200—300家醫(yī)院引入了大艾外骨骼機器人，每臺機器每天可幫助約16位病人進行康復訓練，大大提升了康復效率。

穿戴外骨骼走完馬拉松

在北京市南三環(huán)附近，一家并不引人矚目的康復中心坐落在居民樓之間。康復中心里，擺滿了各種型號的“鋼鐵骨骼”，這些“鋼鐵骨骼”能幫助腦卒中、偏癱、截癱、腦癱等患者進行下肢行走康復訓練。一個周五下午，北京商報記者在這里見到了正在進行康復訓練的邵海朋。

2017年，因為一場意外，邵海朋從高空墜落，緊急送醫(yī)后他被判定為脊髓損傷導致的雙下肢截癱。當時，醫(yī)生告訴邵海朋的家人，最壞的結(jié)果將是：邵海朋終生臥床，恢復好一點的話，或許可以坐輪椅出行。

在邵海朋的講述中，困在輪椅上只是故事的前半段。一次偶然的機會，邵海朋從康復師處了解到，北京有一家公司研發(fā)了最新的外骨骼機器人，能夠幫助截癱患者康復。這家公司正在招募臨床試驗志愿者。抱著試試看的心態(tài)，邵海朋來到了北京。在機器的加持下，不到一個月的時間，邵海朋下半身失去的感知開始慢慢回來了，他開始能感受到大腿肌肉的收縮。

看到希望的邵海朋，在實驗結(jié)束后再次聯(lián)系了這家名為大艾機器人的外骨骼機器人公司，并開啟了當時還鮮有人嘗試的外骨骼康復訓練。7年后的今天，借助外骨骼機器人技術(shù)，邵海朋已經(jīng)可以依靠自己發(fā)力獨立行走。

目前，邵海朋每周保持五天的訓練頻次。得益于長期使用外骨骼機器人進行康復，邵海朋雙腿的肌肉萎縮程度很低。他對雙腿失去的感知也在慢慢恢復。“從大腿，再到膝蓋，現(xiàn)在感受到自己的腳踝也是存在的。”邵海朋告訴北京商報記者。

2018年，邵海朋還穿戴外骨骼機器人走完了全程馬拉松，總計用時9天、凈用時26小時的成績還獲得了第一名，并打破了國外15天走完機器人行走馬拉松的世界紀錄。

像邵海朋一樣，借助外骨骼技術(shù)重新開始行走的偏癱、截癱患者已經(jīng)越來越多。北京航空航天大學教授、大艾機器人創(chuàng)始人兼董事長帥梅告訴北京商報記者，作為國內(nèi)最早一批關(guān)注外骨骼領(lǐng)域的科創(chuàng)企業(yè)，大艾機器人的外骨骼機器人產(chǎn)品已應用至全國的200—300家醫(yī)院。以北京為例，目前已有超40家醫(yī)院配備了大艾外骨骼機器人作為康復設(shè)備。

帥梅表示，外骨骼機器人的出現(xiàn)，不僅讓患者重新行走，還提升了現(xiàn)有的康復效率。以一家醫(yī)院采購兩臺外骨骼機器人康復設(shè)備來計算，每天每臺設(shè)備至少可幫助16—17位病人進行康復訓練，與當前以康復師為主的康復模式相比，大大提升了效率和療效。

“醫(yī)工結(jié)合”的代表

從外骨骼領(lǐng)域的研究歷史來看，國外的研發(fā)開端要早于國內(nèi)近十年。全世界第一臺可直立行走的外骨骼機器人于2000年誕生在瑞士。彼時，國內(nèi)對外骨骼領(lǐng)域的研究幾近于零。2010年，在北京航空航天大學任教的帥梅開始投入對外骨骼機器人的研究。

據(jù)帥梅介紹，在研究外骨骼機器人前，她的研究方向為人形機器人。但在當時，人形機器人的應用落地場景還十分遙遠。由此，帥梅和團隊將研究方向轉(zhuǎn)向了能在康復領(lǐng)域應用的下肢外骨骼機器人。

據(jù)了解，外骨骼是在人類本身的骨骼之外，用外部動力源驅(qū)動的另外一副骨骼。在帶動人行走時，需要讓外骨骼達到仿人效果，由此，通過步態(tài)算法模擬康復步態(tài)成了研發(fā)中最核心的技術(shù)。

帥梅稱，從組成結(jié)構(gòu)來看，外骨骼實際上是金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，靈活度并不高。當其作用在人身上時，自由度難以模擬真人效果。正常人每一條腿基本上有6個自由度，兩個下肢再加上腰背結(jié)合，至少有15個左右的自由度。如果在外骨骼機器人上實現(xiàn)這么多自由度，過高的成本和器械復雜性，都將讓外骨骼機器人失去作為醫(yī)療產(chǎn)品的實際應用場景。

看到這一實際情況，帥梅及團隊在研發(fā)過程中對原本構(gòu)想中的外骨骼機器人做了簡化，將重點放在了髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)上，通過進行兩個繞水平面的旋轉(zhuǎn)運動，控制抬腿及落地姿態(tài)，即行走姿態(tài)。同時通過建立下肢肌肉—骨骼仿生機器人的動力學模型，實現(xiàn)基于力、位置混合柔順控制的下肢外骨骼機器人穩(wěn)定行走控制。

此外，由于金屬結(jié)構(gòu)的外骨骼產(chǎn)品重量較大，用戶在使用外骨骼機器人時還存在一定難度和二次損傷風險。如何實現(xiàn)良好的人機交互也成了需要攻克的難點。為解決這一問題，帥梅嘗試將人形機器人領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)融入外骨骼機器人，并與醫(yī)院展開共同實驗。

2013年，帥梅團隊研制出第一代外骨骼機器人。2016年，大艾機器人正式成立。發(fā)展到今天，大艾機器人已開發(fā)出六個系列、十余款外骨骼機器人產(chǎn)品。曾經(jīng)在高校實驗室里才能見到的“鋼鐵骨骼”走向了市場。

作為“醫(yī)工結(jié)合”的代表產(chǎn)品，外骨骼機器人的研發(fā)并非一勞永逸，還需在市場檢驗下開展進一步探索。在實際應用時，為讓外骨骼機器人適用于更多病癥、更長病程，大艾機器人在腰髖部位加了一個安全的平衡移動臺架，提高產(chǎn)品在臨床應用中的安全行走性、平衡性、移動性以及康復療效，這一設(shè)計為全球原創(chuàng)。

在成本上，由于外骨骼機器人材料成本較高，且需要精準匹配病人，醫(yī)療版外骨骼機器人的價格動輒百萬元，并不適合家用。為降低成本，滿足個人需要，大艾機器人近年也開始研發(fā)個人版外骨骼機器人。目前，大艾機器人已上市的個人版產(chǎn)品價格從2萬多元至16萬元不等。按用途劃分，這些外骨骼機器人可應用于日?？祻秃途毣祻?。

低價化、輕量化、AI化

盡管國產(chǎn)外骨骼機器人起步較晚，但這一領(lǐng)域面向的，卻是近兩千萬的肢殘人口和日益增長的老齡化群體，需求缺口較大。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，截至2023年，我國肢體殘疾人口總數(shù)為1735.5萬人。多數(shù)肢殘人不能行走、不能站立、長期臥床。外骨骼機器人技術(shù)的出現(xiàn)，對他們來說，是能擁有一次重新行走的機會。

作為從一開始就使用外骨骼機器人進行康復的先行者，邵海朋形容自己“幸運”。2017年摔傷住進病房時，他認識了不少與他情況類似的截癱病友。有的病友至今依舊只能坐在輪椅上行動，肌肉也已經(jīng)萎縮。

在帥梅看來，外骨骼機器人技術(shù)對康復領(lǐng)域的意義不僅是實現(xiàn)了從0到1的跨越，也有從1到100的飛躍。在外骨骼機器人出現(xiàn)前，不少疑難重癥的偏癱患者在醫(yī)院里通過傳統(tǒng)康復方式訓練多年，但收效甚微。而在使用外骨骼機器人介入訓練后，不少患者僅需6—9個月左右的時間，便可實現(xiàn)在機器輔助下的獨立行走，并能保持正確步態(tài)，不會出現(xiàn)行走能力的回退。

北京商報記者注意到，為減輕患者康復的經(jīng)濟壓力，使用外骨骼機器人的康復訓練項目已被納入北京醫(yī)保甲類。

談及下一步的技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)品研發(fā)，帥梅將目光放在了更加普惠和智能化的個人版外骨骼產(chǎn)品上。很多用戶在大艾的康復中心進行訓練后，都萌生了將產(chǎn)品帶回家的念頭。對此，她希望能在對產(chǎn)品進行進一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)產(chǎn)品的低價化、輕量化和AI化。

帥梅稱，目前，外骨骼機器人通常較為沉重，限制了其在日常環(huán)境中的應用。除技術(shù)外，未來的發(fā)展將聚焦于材料和設(shè)計的革新，減輕重量并提高設(shè)備便攜性。同時，通過模塊化設(shè)計實現(xiàn)部件的快速組裝與拆卸，方便患者攜帶和使用。

而隨著當前人工智能和機器學習技術(shù)的不斷進步，外骨骼機器人還將朝著更加智能化的方向發(fā)展。新產(chǎn)品將能夠?qū)崟r關(guān)注監(jiān)測穿戴者的運動狀態(tài)和康復進度，自動調(diào)整助力策略，適應患者在康復過程中的功能變化。具備AI自我學習能力的外骨骼，還將能更好地輔助不同類型和程度的脊髓損傷或腦損傷患者。

目前，大艾機器人已推出新一代AI外骨骼機器人產(chǎn)品。通過AI“具身智能技術(shù)”，機器人能精準感知到穿戴者的運動意圖和步行情況。同時，這一代產(chǎn)品相比之前也更加輕便。

在帥梅看來，未來，AI外骨骼機器人在醫(yī)療康復、老年護理以及大健康領(lǐng)域具有巨大的應用潛力。隨著技術(shù)的成熟和市場的認可，外骨骼機器人不僅能夠顯著改善下肢殘障人士的生活質(zhì)量，還能夠為康復專業(yè)人員提供有效的治療工具。

通過外骨骼機器人技術(shù)讓更多人重新行走，這是大艾機器人和帥梅的下一步目標。已經(jīng)重新行走起來的邵海朋，也給自己定下了未來的計劃：他希望能制作一輛助力腳踏車，經(jīng)由新貫通的三條國道，邊看風景，邊沿著中國版圖走一圈。

北京商報記者 趙博宇