發(fā)布日期：2016-08-26
據(jù)報(bào)道，年齡在15到64歲的人群中，有4400萬(wàn)有些基本的行動(dòng)困難，包括舉物、搬物、行走、曲體、坐下和站立等。歐洲每年有110萬(wàn)人中風(fēng)，這常常帶來(lái)上肢或者下肢的癱瘓。因此，考慮到后續(xù)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響，讓這些年輕人和老年人重新獲得自主移動(dòng)的能力是當(dāng)下的首要目標(biāo)。
外骨骼，正如其名，是在身體外部起到支撐作用的系統(tǒng)。首先，他們輔助康復(fù)中心的專家們，在訓(xùn)練課程中為病患們提供支撐。它們的出現(xiàn)讓治療過(guò)程避開(kāi)了對(duì)人體工程學(xué)的挑戰(zhàn)，在控制病人的行動(dòng)的同時(shí)，也提供了許多寶貴的數(shù)據(jù)。瑞士的Hocoma是這個(gè)領(lǐng)域的先驅(qū)者。它們?cè)谔K黎世的Balgrist大學(xué)醫(yī)院中苦心研究多年，終于在2001年發(fā)明了自己的機(jī)器人跑步機(jī)——Lokomat。這個(gè)機(jī)器人的訓(xùn)練對(duì)象包括因中風(fēng)引發(fā)行動(dòng)障礙、脊髓受損、創(chuàng)傷性腦外傷、多發(fā)性硬化癥以及患帕金森的病人等。這個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)可以完全承重的體重支撐系統(tǒng)、一個(gè)踏板、環(huán)繞在腿部并且起到運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)和刺激作用的架子和一個(gè)提供反饋信息的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。這家公司也曾想用這套系統(tǒng)來(lái)解決背部下端、手臂和手部的治療。
附屬于馬德里理工大學(xué)的Aura Innovative Robotics實(shí)驗(yàn)室則旨在為那些遭受肩部損傷的病人們提供康復(fù)輔助。它們的外骨骼Orte能估測(cè)病患的受創(chuàng)程度，然后幫助他們?cè)谝幌盗袆?dòng)力和力度感應(yīng)器下開(kāi)展康復(fù)訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合創(chuàng)始人Cecilia Carcia Cena告訴筆者：“多虧了手臂肌骨骼模型的成熟發(fā)展，醫(yī)生才能在診斷階段更好地了解病情并獲得寶貴的信息，然后為每個(gè)患者量身定做一個(gè)受機(jī)器人主導(dǎo)、執(zhí)行的康復(fù)計(jì)劃。“
除了康復(fù)中心外，他們還希望人們能在居家環(huán)境下使用外骨骼系統(tǒng)。正如MIRAD項(xiàng)目中提到的，這觸發(fā)了許多安全性、可穿戴性、能量自動(dòng)供給性、智能動(dòng)力交互以及心理層面的挑戰(zhàn)。這個(gè)項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一個(gè)雙下肢外骨骼系統(tǒng)，它可以幫助人們克服功能上缺失帶來(lái)的難題。在KU Leuven的研究實(shí)驗(yàn)中，這個(gè)系統(tǒng)能輔助65歲以上坐著的健全人實(shí)現(xiàn)站立。
在另一個(gè)領(lǐng)域的前沿，有一個(gè)“促進(jìn)截癱患者行動(dòng)的人機(jī)交互可穿戴式外骨骼”的項(xiàng)目，也就是所謂的SYMBITRON。它的目的是制造出具備安全性、生物性以及定制功能的穿戴性外骨骼，幫助脊髓損傷者利用他們殘存的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)功能，在沒(méi)有外部輔助的條件下行走。他們的Mindwalker外骨骼系統(tǒng)是由六個(gè)骨髓受損者在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成的。這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)之一是利用一個(gè)干燥而輕便的可穿戴的腦電波帽，識(shí)別可以控制外骨骼運(yùn)動(dòng)的腦電波。虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練環(huán)境可以幫助大腦產(chǎn)生正確的腦電波信號(hào)。
“新一代外骨骼的功能在不斷強(qiáng)化，比如自動(dòng)運(yùn)行、平衡機(jī)制和協(xié)助控制運(yùn)行等。BALANCE和SYMBITRON的研究都得到了來(lái)自歐盟的資助”，作為T(mén)ecnalia Research and Innovation中BALANCE項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，Jan Veneman博士如是說(shuō)道：“在食品藥品監(jiān)督管理局于2016年同意將各類自動(dòng)外骨骼投入家用后，外骨骼正在一步步成為現(xiàn)實(shí)。這極大地拓寬了外骨骼技術(shù)和其他可穿戴式機(jī)器人的細(xì)分市場(chǎng)。”
外骨骼有著各種不同的形狀和材料。在將于2016年10月8日開(kāi)幕的Cybatholon半機(jī)器人奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)上，我們會(huì)看到至少11支隊(duì)伍穿戴著外骨骼參賽。實(shí)際上，目前的大趨勢(shì)是外骨骼會(huì)變得越來(lái)越輕便，甚至像襪子一樣，而不是用螺栓和金屬制成的冰冷設(shè)備。雖然它并不能實(shí)現(xiàn)全動(dòng)力的行走，但是它有很大地輔助作用。尤其能讓老年人出行更便利。生物能襪子是英國(guó)布里斯托大學(xué)、麗茲大學(xué)、諾丁漢大學(xué)、南安普頓大學(xué)、斯特拉斯克萊德大學(xué)、拉夫堡大學(xué)和西英格蘭大學(xué)共同研究的產(chǎn)物。索爾福德大學(xué)也研發(fā)了專門(mén)為手部設(shè)計(jì)的輕便型外骨骼，它看起來(lái)就像是個(gè)漂亮的手套。
從根特大學(xué)發(fā)明的WALL-X外骨骼中，我們得知，帶有簡(jiǎn)單氣體動(dòng)力系統(tǒng)的小型外骨骼能如何幫助踝關(guān)節(jié)彎曲，從而輔助行走。不管采用什么方法，理解人體和外骨骼直接的互動(dòng)至關(guān)重要。所以，丹麥的AnyBody公司目前正在研究人體的高度模擬技術(shù)。
另外，外骨骼可以為那些挑戰(zhàn)了人體工程學(xué)的工作提供幫助。“背部下端疼痛是許多工人在得了尋常感冒后就曠工的原因，它是15％的工人請(qǐng)病假的原因，而每年甚至有上百萬(wàn)人因此失業(yè)。” Spexor Spinal外骨骼旨在避免背部下端的疼痛，并幫助那些經(jīng)歷病痛的人們?cè)倬蜆I(yè)。不像那些只關(guān)注于上肢或是下肢移動(dòng)性的外骨骼，Spexor Spinal專注致力解決脊髓受損者的病痛。這個(gè)項(xiàng)目起源于2016年1月，現(xiàn)仍處于初始階段。
抓住了這樣的機(jī)遇，瑞士創(chuàng)業(yè)公司Noonee開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)旨在優(yōu)化工作環(huán)境的項(xiàng)目，叫Chairolution。“這種不像椅子的椅子是一個(gè)可穿戴式的坐式外骨骼，它可以為那些在生產(chǎn)線上工作的工人們提供支撐，使之可以移動(dòng)身體，避免重復(fù)性的勞動(dòng)帶來(lái)的壓力以及健康問(wèn)題。”德國(guó)汽車產(chǎn)商奧迪于去年試用了這個(gè)外骨骼。
另外一個(gè)被汽車制造商試用的外骨骼是ABLE的上肢外骨骼，它被PSA的Peugeot Citroen工廠使用，目前Haption已經(jīng)將其投入商業(yè)生產(chǎn)。這個(gè)機(jī)器人是法國(guó)原子能委員會(huì)發(fā)明的，目的是降低手臂荷載。ABLE的發(fā)明團(tuán)隊(duì)表示，Innorobod的下肢外骨骼已經(jīng)由RB3D公司投入商業(yè)生產(chǎn)。
最后，外骨骼還可以用于極端環(huán)境下的機(jī)器人遠(yuǎn)程操作。歐洲航天局發(fā)明的X-Arm-2外骨骼設(shè)備能夠控制全動(dòng)力的觸覺(jué)機(jī)器人。機(jī)器人的反饋會(huì)用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能的升級(jí)。這樣的設(shè)備可以用于需要精準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制的機(jī)器人手術(shù)和其他核能設(shè)備。
總而言之，我們的目標(biāo)不是打造出高度類人的機(jī)器人，而是要讓病患能自由移動(dòng)、改善不良的工作環(huán)境以及開(kāi)發(fā)遙控操作的新用途。當(dāng)然，這個(gè)領(lǐng)域還有許多未知的挑戰(zhàn)，我們需要不斷拓寬基本的生物力學(xué)、人機(jī)交互以及對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的操控的知識(shí)。
來(lái)源：中國(guó)機(jī)器人網(wǎng)
