“我國是繼美國、以色列和日本之后，第四個(gè)成功研發(fā)外骨骼機(jī)器人的國家。”電子科大機(jī)器人研究中心執(zhí)行主任程洪表示，目前已有多家單位對該成果表明了投資意向。

 

　　傳感器感知運(yùn)動(dòng)意圖、計(jì)算機(jī)接收信息、控制模板傳達(dá)行動(dòng)命令

 

　　在去年9月舉行的全國第九屆殘運(yùn)會暨第六屆特奧會開幕式上，26歲的圣火傳遞志愿者林寒一出場便引發(fā)雷鳴般的掌聲——因脊髓損傷而不幸截癱的他，穿著外骨骼機(jī)器人進(jìn)行了圣火傳遞。“試用第二天就能自主行走了。”如今，林寒和外骨骼機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“人機(jī)合一”，能夠輕松完成站立、原地轉(zhuǎn)彎、平視行走等動(dòng)作。

 

　　“外骨骼機(jī)器人首先通過傳感器感知人體運(yùn)動(dòng)意圖，把信息迅速傳遞給計(jì)算機(jī)，并通過控制模塊傳達(dá)命令。”程洪介紹，外骨骼機(jī)器人采用了生機(jī)電一體化系統(tǒng)，由電驅(qū)關(guān)節(jié)、機(jī)械連桿、智能鞋、腰部支撐及綁縛附件等組成，通過這些部分的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，輔助使用者自如行動(dòng)。

 

 

　　與去年的外骨骼機(jī)器人相比，電子科大如今已開發(fā)出更為先進(jìn)的版本。“現(xiàn)在的版本更加‘通人性’。”該校外骨骼機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員黃瑞介紹，截癱患者在機(jī)器人的幫助下完成步態(tài)規(guī)劃及生成是依靠智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及算法進(jìn)行的，而如今該團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出更為先進(jìn)有效的算法。

 

　　據(jù)程洪介紹，目前浙江大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中科院和華南理工大學(xué)等高校和機(jī)構(gòu)都已成立外骨骼機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)并取得一定進(jìn)展。

 

　　研發(fā)涉及多學(xué)科，僅用5年便研制成功，產(chǎn)品已進(jìn)入臨床測試

 

　　外骨骼機(jī)器人研發(fā)不是某一學(xué)科的“單兵作戰(zhàn)”。“相關(guān)研發(fā)工作需要機(jī)械工程、生命科學(xué)、微電子等學(xué)科的高度配合。”研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員林西川表示，外骨骼機(jī)器人所涉及的學(xué)科領(lǐng)域中的每一項(xiàng)都必須達(dá)到一定的學(xué)術(shù)高度，才能對整體研發(fā)工作形成支撐。

 

　　據(jù)林西川介紹，由于美、日等國起步早、學(xué)科資源豐富，外骨骼機(jī)器人研發(fā)成就不少：日本筑波大學(xué)研發(fā)的版本目前已經(jīng)歷5代產(chǎn)品更迭，日本有150家左右的醫(yī)院已累計(jì)租借過330套外骨骼機(jī)器人；美國國防部高級研究計(jì)劃局研發(fā)的外骨骼機(jī)器人專門針對單兵負(fù)重作戰(zhàn)；以色列研發(fā)的外骨骼機(jī)器人已經(jīng)在中國進(jìn)行銷售，用于截癱患者下肢輔助行走。

 

　　電子科大的外骨骼機(jī)器人研發(fā)始于2010年。“從最初由機(jī)器人帶動(dòng)病患行動(dòng)，到逐漸實(shí)現(xiàn)機(jī)器人感知病患行動(dòng)意圖主動(dòng)協(xié)調(diào)配合行動(dòng)，機(jī)械設(shè)計(jì)、電動(dòng)設(shè)計(jì)、軟件以及算法等均是從零開始完全自主研發(fā)。”程洪表示，研發(fā)之初，該團(tuán)隊(duì)的外骨骼機(jī)器人核心技術(shù)一片空白，沒有任何參考。

 

　　“只能通過自己對外骨骼功能的理解，一步步搭建起完整的系統(tǒng)平臺和核心算法。”林西川表示，和國外版本相比，電子科大的外骨骼機(jī)器人僅用了5年時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了在病人身上的穿戴測試，這是國外外骨骼機(jī)器人研發(fā)周期的1/3甚至1/6。

 

　　“和國外相比，我們研發(fā)的版本有個(gè)最大優(yōu)勢，就是優(yōu)異的物理人機(jī)交互算法。”程洪表示，這使得外骨骼機(jī)器人擁有了國際領(lǐng)先水平，而這正是我國多學(xué)科交叉運(yùn)用的實(shí)力體現(xiàn)。目前，上海紀(jì)源資本、上海電氣和成都技術(shù)轉(zhuǎn)移集團(tuán)等均對外骨骼機(jī)器人技術(shù)表明了投資意向，而該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)與四川省內(nèi)多家醫(yī)院聯(lián)合開展臨床測試和應(yīng)用。

 

　　除了醫(yī)療領(lǐng)域的助行助力、康復(fù)訓(xùn)練，還能用于體育運(yùn)動(dòng)和軍事項(xiàng)目

 

　　據(jù)麥肯錫咨詢公司預(yù)測，到2025年，全球先進(jìn)機(jī)器人在制造業(yè)、醫(yī)療和服務(wù)等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用可創(chuàng)造1.7萬億美元到4.5萬億美元的產(chǎn)值。“未來3—5年里醫(yī)用機(jī)器人的使用率會迅速上升到一個(gè)比較高的階段。”電子科大自動(dòng)化工程學(xué)院副教授楊路表示，我國的脊髓損傷患者以及行走不便患者數(shù)量較大，并呈逐年上升趨勢，龐大的肢體行動(dòng)障礙消費(fèi)人群將會成為外骨骼機(jī)器人主要的未來市場。

 

　　不僅是下肢運(yùn)動(dòng)，外骨骼機(jī)器人還可以輔助中風(fēng)、腦癱患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，讓他們在運(yùn)動(dòng)中刺激神經(jīng)康復(fù)。“在國內(nèi)康復(fù)市場上，相關(guān)研究還存在空缺。將來針對老人身體的個(gè)別病癥，我們會對此進(jìn)行一些‘模塊化’的研發(fā)。比如只做服務(wù)于踝關(guān)節(jié)或者膝蓋的‘外骨骼設(shè)備’。”林西川表示，對特定身體部位的輔助，將成為研發(fā)團(tuán)隊(duì)今后努力的方向之一。

 

　　目前，醫(yī)用機(jī)器人已成為應(yīng)用較為成熟的專業(yè)服務(wù)機(jī)器人。“全世界已有33個(gè)國家、800多家醫(yī)院成功開展了60多萬例機(jī)器人手術(shù)。”程洪堅(jiān)信，只要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，外骨骼機(jī)器人將很快在手術(shù)臺之外，幫助越來越多的患者過上正常的生活。

 

　　另外，它還可以在體育運(yùn)動(dòng)和軍事項(xiàng)目中大顯身手。“單兵作戰(zhàn)中，穿戴上外骨骼機(jī)器人，單個(gè)士兵就可減輕最多90公斤重量。”程洪表示，這一功能是登山運(yùn)動(dòng)員、醫(yī)療救援工作者等職業(yè)的福音。