中國科學(xué)家利用外骨骼機(jī)器人幫助殘疾人行走
外骨骼機(jī)器人就像穿在身上的“骨骼”,傳感器可以讀取人體的運(yùn)動(dòng)意圖,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令帶動(dòng)肢體運(yùn)動(dòng)。
站起來、走兩步、坐下,這些簡單的肢體動(dòng)作對(duì)于趙業(yè)云來說卻并不容易——9年前的一場(chǎng)車禍損傷了他的脊髓,導(dǎo)致下半身癱瘓,他的余生很可能在輪椅上度過。
近日,來自中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的科研人員發(fā)布消息稱,他們研制的最新一代外骨骼機(jī)器人有望幫助像趙業(yè)云這樣的病人暫時(shí)離開輪椅,體驗(yàn)站立和行走的感覺。
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院智能仿生研究中心執(zhí)行主任吳新宇告訴記者,外骨骼機(jī)器人是集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、人工智能等技術(shù)于一身的復(fù)雜智能系統(tǒng),人們把特制的“骨骼”穿在身上,安裝在膝蓋和髖關(guān)節(jié)等位置的傳感器可以讀取人體運(yùn)動(dòng)意圖,給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令帶動(dòng)腿部運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)行走。
吳新宇領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)從2012年開始研究輔助行走的外骨骼機(jī)器人。目前,該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研制出4種類型、6個(gè)型號(hào)的外骨骼機(jī)器人,申請(qǐng)專利38項(xiàng)。
趙業(yè)云在2013年成為了吳新宇團(tuán)隊(duì)的測(cè)試志愿者,他希望自己測(cè)試的反饋能為外骨骼機(jī)器人的研發(fā)工作貢獻(xiàn)一份力量。五年來,他見證了外骨骼機(jī)器人在技術(shù)上的進(jìn)步。
“最開始的測(cè)試沒有成功,當(dāng)時(shí)的設(shè)備很重,穿上之后我的腰直不起來,膝蓋控制不住,走的時(shí)候腳步抬得也不夠高!壁w業(yè)云說。
在測(cè)試志愿者反饋的基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)對(duì)外骨骼機(jī)器人進(jìn)行了全方位的改進(jìn)。據(jù)中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院智能仿生研究中心副研究員陳春杰介紹,外骨骼機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制算法一直在不斷迭代更新中,最初的產(chǎn)品重達(dá)25公斤,而最新一代只有14公斤。過去常用鋼鐵材料,現(xiàn)在開始使用合金乃至更輕的碳纖維材料。
2018年,電氣和電子工程師協(xié)會(huì)主辦的國際權(quán)威期刊《Transactions on Automation Science and Engineering》刊發(fā)了吳新宇團(tuán)隊(duì)最新的研究成果:他們可以根據(jù)人體的參數(shù),讓外骨骼機(jī)器人更加符合人的步態(tài),行走可以更加個(gè)性化。
因此,在最近的一次測(cè)試中,趙業(yè)云已經(jīng)可以操作最新一代外骨骼機(jī)器人,連貫完成站立、行走、坐下等一系列動(dòng)作。
“最近五年來,國內(nèi)外針對(duì)外骨骼機(jī)器人的研究越來越多,技術(shù)也不斷進(jìn)步,這對(duì)于傷殘病人的康復(fù)以及他們今后的生活都有直接的好處。”南方醫(yī)科大學(xué)深圳醫(yī)院康復(fù)科主任楊萬章說。
對(duì)趙業(yè)云來說,外骨骼機(jī)器人最大的意義是增加了他對(duì)生活的信心,他希望隨著科技的發(fā)展,有朝一日能夠擺脫依靠輪椅的生活。
但是,楊萬章對(duì)此并不樂觀。他告訴記者,從臨床上看,目前使用外骨骼機(jī)器人的醫(yī)院和病人還很少,雖然前景不錯(cuò),但短期內(nèi)恐怕難以大規(guī)模普及。
楊萬章分析認(rèn)為,一方面,外骨骼機(jī)器人還需要在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破,靈巧性、輕便程度、續(xù)航能力都需要進(jìn)一步提高;另一方面,目前產(chǎn)業(yè)化程度較低,導(dǎo)致成本一直居高不下。
“現(xiàn)在外骨骼機(jī)器人最大的缺點(diǎn)就是太貴了,一套動(dòng)輒二三十萬元,不是我們普通人能買得起的,希望今后價(jià)格能夠便宜一點(diǎn)!壁w業(yè)云說。
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