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(xué)帥梅團(tuán)隊(duì)研發(fā)出國(guó)內(nèi)首個(gè)外骨骼機(jī)器人。2016年，大艾機(jī)器人宣告成立。經(jīng)歷十多年的深入研發(fā)和市場(chǎng)化后，外骨骼機(jī)器人這一“黑科技”已從高校實(shí)驗(yàn)室走入了廣闊的康復(fù)市場(chǎng)，并獲得中國(guó)第一個(gè)外骨骼二類創(chuàng)新醫(yī)療器械、第一個(gè)醫(yī)療器械注冊(cè)證，改變了截癱、偏癱、腦癱等重大惡性疾病幾乎無法康復(fù)的困境。在外骨骼機(jī)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(guó)已有200—300家醫(yī)院引入了大艾外骨骼機(jī)器人，每臺(tái)機(jī)器每天可幫助約16位病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，大大提升了康復(fù)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(fù)中心坐落在居民樓之間?？祻?fù)中心里，擺滿了各種型號(hào)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(jìn)行下肢行走康復(fù)訓(xùn)練。一個(gè)周五下午，北京商報(bào)記者在這里見到了正在進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的邵海朋。

2017年，因?yàn)橐粓?chǎng)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(dǎo)致的雙下肢截癱。當(dāng)時(shí)，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(fù)好一點(diǎn)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(jī)會(huì)，邵海朋從康復(fù)師處了解到，北京有一家公司研發(fā)了最新的外骨骼機(jī)器人，能夠幫助截癱患者康復(fù)。這家公司正在招募臨床試驗(yàn)志愿者。抱著試試看的心態(tài)，邵海朋來到了北京。在機(jī)器的加持下，不到一個(gè)月的時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)束后再次聯(lián)系了這家名為大艾機(jī)器人的外骨骼機(jī)器人公司，并開啟了當(dāng)時(shí)還鮮有人嘗試的外骨骼康復(fù)訓(xùn)練。7年后的今天，借助外骨骼機(jī)器人技術(shù)，邵海朋已經(jīng)可以依靠自己發(fā)力獨(dú)立行走。

目前，邵海朋每周保持五天的訓(xùn)練頻次。得益于長(zhǎng)期使用外骨骼機(jī)器人進(jìn)行康復(fù)，邵海朋雙腿的肌肉萎縮程度很低。他對(duì)雙腿失去的感知也在慢慢恢復(fù)。“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(bào)記者。

2018年，邵海朋還穿戴外骨骼機(jī)器人走完了全程馬拉松，總計(jì)用時(shí)9天、凈用時(shí)26小時(shí)的成績(jī)還獲得了第一名，并打破了國(guó)外15天走完機(jī)器人行走馬拉松的世界紀(jì)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(xué)教授、大艾機(jī)器人創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)帥梅告訴北京商報(bào)記者，作為國(guó)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(jī)器人的外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品已應(yīng)用至全國(guó)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(jī)器人作為康復(fù)設(shè)備。

帥梅表示，外骨骼機(jī)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(fù)效率。以一家醫(yī)院采購(gòu)兩臺(tái)外骨骼機(jī)器人康復(fù)設(shè)備來計(jì)算，每天每臺(tái)設(shè)備至少可幫助16—17位病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，與當(dāng)前以康復(fù)師為主的康復(fù)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(guó)外的研發(fā)開端要早于國(guó)內(nèi)近十年。全世界第一臺(tái)可直立行走的外骨骼機(jī)器人于2000年誕生在瑞士。彼時(shí)，國(guó)內(nèi)對(duì)外骨骼領(lǐng)域的研究幾近于零。2010年，在北京航空航天大學(xué)任教的帥梅開始投入對(duì)外骨骼機(jī)器人的研究。

據(jù)帥梅介紹，在研究外骨骼機(jī)器人前，她的研究方向?yàn)槿诵螜C(jī)器人。但在當(dāng)時(shí)，人形機(jī)器人的應(yīng)用落地場(chǎng)景還十分遙遠(yuǎn)。由此，帥梅和團(tuán)隊(duì)將研究方向轉(zhuǎn)向了能在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用的下肢外骨骼機(jī)器人。

據(jù)了解，外骨骼是在人類本身的骨骼之外，用外部動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的另外一副骨骼。在帶動(dòng)人行走時(shí)，需要讓外骨骼達(dá)到仿人效果，由此，通過步態(tài)算法模擬康復(fù)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(shí)際上是金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，靈活度并不高。當(dāng)其作用在人身上時(shí)，自由度難以模擬真人效果。正常人每一條腿基本上有6個(gè)自由度，兩個(gè)下肢再加上腰背結(jié)合，至少有15個(gè)左右的自由度。如果在外骨骼機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)這么多自由度，過高的成本和器械復(fù)雜性，都將讓外骨骼機(jī)器人失去作為醫(yī)療產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。

看到這一實(shí)際情況，帥梅及團(tuán)隊(duì)在研發(fā)過程中對(duì)原本構(gòu)想中的外骨骼機(jī)器人做了簡(jiǎn)化，將重點(diǎn)放在了髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)上，通過進(jìn)行兩個(gè)繞水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制抬腿及落地姿態(tài)，即行走姿態(tài)。同時(shí)通過建立下肢肌肉—骨骼仿生機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)基于力、位置混合柔順控制的下肢外骨骼機(jī)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(jī)器人時(shí)還存在一定難度和二次損傷風(fēng)險(xiǎn)。如何實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互也成了需要攻克的難點(diǎn)。為解決這一問題，帥梅嘗試將人形機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)融入外骨骼機(jī)器人，并與醫(yī)院展開共同實(shí)驗(yàn)。

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

作為“醫(yī)工結(jié)合”的代表產(chǎn)品，外骨骼機(jī)器人的研發(fā)并非一勞永逸，還需在市場(chǎng)檢驗(yàn)下開展進(jìn)一步探索。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為讓外骨骼機(jī)器人適用于更多病癥、更長(zhǎng)病程，大艾機(jī)器人在腰髖部位加了一個(gè)安全的平衡移動(dòng)臺(tái)架，提高產(chǎn)品在臨床應(yīng)用中的安全行走性、平衡性、移動(dòng)性以及康復(fù)療效，這一設(shè)計(jì)為全球原創(chuàng)。

在成本上，由于外骨骼機(jī)器人材料成本較高，且需要精準(zhǔn)匹配病人，醫(yī)療版外骨骼機(jī)器人的價(jià)格動(dòng)輒百萬元，并不適合家用。為降低成本，滿足個(gè)人需要，大艾機(jī)器人近年也開始研發(fā)個(gè)人版外骨骼機(jī)器人。目前，大艾機(jī)器人已上市的個(gè)人版產(chǎn)品價(jià)格從2萬多元至16萬元不等。按用途劃分，這些外骨骼機(jī)器人可應(yīng)用于日?？祻?fù)和精細(xì)化康復(fù)。

低價(jià)化、輕量化、AI化

盡管國(guó)產(chǎn)外骨骼機(jī)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(zhǎng)的老齡化群體，需求缺口較大。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2023年，我國(guó)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(zhǎng)期臥床。外骨骼機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)他們來說，是能擁有一次重新行走的機(jī)會(huì)。

作為從一開始就使用外骨骼機(jī)器人進(jìn)行康復(fù)的先行者，邵海朋形容自己“幸運(yùn)”。2017年摔傷住進(jìn)病房時(shí)，他認(rèn)識(shí)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(dòng)，肌肉也已經(jīng)萎縮。

在帥梅看來，外骨骼機(jī)器人技術(shù)對(duì)康復(fù)領(lǐng)域的意義不僅是實(shí)現(xiàn)了從0到1的跨越，也有從1到100的飛躍。在外骨骼機(jī)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(fù)方式訓(xùn)練多年，但收效甚微。而在使用外骨骼機(jī)器人介入訓(xùn)練后，不少患者僅需6—9個(gè)月左右的時(shí)間，便可實(shí)現(xiàn)在機(jī)器輔助下的獨(dú)立行走，并能保持正確步態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)行走能力的回退。

北京商報(bào)記者注意到，為減輕患者康復(fù)的經(jīng)濟(jì)壓力，使用外骨骼機(jī)器人的康復(fù)訓(xùn)練項(xiàng)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(gè)人版外骨骼產(chǎn)品上。很多用戶在大艾的康復(fù)中心進(jìn)行訓(xùn)練后，都萌生了將產(chǎn)品帶回家的念頭。對(duì)此，她希望能在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的低價(jià)化、輕量化和AI化。

帥梅稱，目前，外骨骼機(jī)器人通常較為沉重，限制了其在日常環(huán)境中的應(yīng)用。除技術(shù)外，未來的發(fā)展將聚焦于材料和設(shè)計(jì)的革新，減輕重量并提高設(shè)備便攜性。同時(shí)，通過模塊化設(shè)計(jì)實(shí)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(dāng)前人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷進(jìn)步，外骨骼機(jī)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(shí)關(guān)注監(jiān)測(cè)穿戴者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和康復(fù)進(jìn)度，自動(dòng)調(diào)整助力策略，適應(yīng)患者在康復(fù)過程中的功能變化。具備AI自我學(xué)習(xí)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(jī)器人已推出新一代AI外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品。通過AI“具身智能技術(shù)”，機(jī)器人能精準(zhǔn)感知到穿戴者的運(yùn)動(dòng)意圖和步行情況。同時(shí)，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(jī)器人在醫(yī)療康復(fù)、老年護(hù)理以及大健康領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。隨著技術(shù)的成熟和市場(chǎng)的認(rèn)可，外骨骼機(jī)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?yàn)榭祻?fù)專業(yè)人員提供有效的治療工具。

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

北京商報(bào)記者 趙博宇