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中国科学家利用外骨骼机器人帮助残疾人行走

2018年12月17日 来源:新华社新媒体 百家号

站起来、走两步、坐下,这些简单的肢体动作对于赵业云来说却并不容易——9年前的一场车祸损伤了他的脊髓,导致下半身瘫痪,他的余生很可能在轮椅上度过。

近日,来自中国科学院深圳先进技术研究院的科研人员发布消息称,他们研制的最新一代外骨骼机器人有望帮助像赵业云这样的病人暂时离开轮椅,体验站立和行走的感觉。

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外骨骼机器人就像穿在身上的“骨骼”,传感器可以读取人体的运动意图,驱动系统发出指令带动肢体运动。新华社记者毛思倩摄

中国科学院深圳先进技术研究院智能仿生研究中心执行主任吴新宇告诉记者,外骨骼机器人是集机械、电子、计算机、人工智能等技术于一身的复杂智能系统,人们把特制的“骨骼”穿在身上,安装在膝盖和髋关节等位置的传感器可以读取人体运动意图,给驱动系统发出指令带动腿部运动,从而实现行走。

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在中科院深圳先进技术研究院,研究人员在下肢助行外骨骼机器人的带动下向前行走。新华社记者毛思倩摄

吴新宇领导的研究团队从2012年开始研究辅助行走的外骨骼机器人。目前,该团队已经研制出4种类型、6个型号的外骨骼机器人,申请专利38项。

赵业云在2013年成为了吴新宇团队的测试志愿者,他希望自己测试的反馈能为外骨骼机器人的研发工作贡献一份力量。五年来,他见证了外骨骼机器人在技术上的进步。

“最开始的测试没有成功,当时的设备很重,穿上之后我的腰直不起来,膝盖控制不住,走的时候脚步抬得也不够高。”赵业云说。

在测试志愿者反馈的基础上,研究团队对外骨骼机器人进行了全方位的改进。据中国科学院深圳先进技术研究院智能仿生研究中心副研究员陈春杰介绍,外骨骼机器人的结构设计和控制算法一直在不断迭代更新中,最初的产品重达25公斤,而最新一代只有14公斤。过去常用钢铁材料,现在开始使用合金乃至更轻的碳纤维材料。

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在中科院深圳先进技术研究院,一种仅有4公斤重的柔性外骨骼机器人让爬楼梯更加轻松。新华社记者毛思倩摄

2018年,电气和电子工程师协会主办的国际权威期刊《Transactions on Automation Science and Engineering》刊发了吴新宇团队最新的研究成果:他们可以根据人体的参数,让外骨骼机器人更加符合人的步态,行走可以更加个性化。

因此,在最近的一次测试中,赵业云已经可以操作最新一代外骨骼机器人,连贯完成站立、行走、坐下等一系列动作。

“最近五年来,国内外针对外骨骼机器人的研究越来越多,技术也不断进步,这对于伤残病人的康复以及他们今后的生活都有直接的好处。”南方医科大学深圳医院康复科主任杨万章说。

对赵业云来说,外骨骼机器人最大的意义是增加了他对生活的信心,他希望随着科技的发展,有朝一日能够摆脱依靠轮椅的生活。

但是,杨万章对此并不乐观。他告诉记者,从临床上看,目前使用外骨骼机器人的医院和病人还很少,虽然前景不错,但短期内恐怕难以大规模普及。

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在中科院深圳先进技术研究院,研究人员正在调试无需拐杖辅助行走的自平衡外骨骼机器人。新华社记者毛思倩摄

杨万章分析认为,一方面,外骨骼机器人还需要在技术上实现突破,灵巧性、轻便程度、续航能力都需要进一步提高;另一方面,目前产业化程度较低,导致成本一直居高不下。

“现在外骨骼机器人最大的缺点就是太贵了,一套动辄二三十万元,不是我们普通人能买得起的,希望今后价格能够便宜一点。”赵业云说。

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