發(fā)布日期：2016-08-26
據(jù)報道，年齡在15到64歲的人群中，有4400萬有些基本的行動困難，包括舉物、搬物、行走、曲體、坐下和站立等。歐洲每年有110萬人中風(fēng)，這常常帶來上肢或者下肢的癱瘓。因此，考慮到后續(xù)的經(jīng)濟(jì)和社會影響，讓這些年輕人和老年人重新獲得自主移動的能力是當(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)讓治療過程避開了對人體工程學(xué)的挑戰(zhàn)，在控制病人的行動的同時，也提供了許多寶貴的數(shù)據(jù)。瑞士的Hocoma是這個領(lǐng)域的先驅(qū)者。它們在蘇黎世的Balgrist大學(xué)醫(yī)院中苦心研究多年，終于在2001年發(fā)明了自己的機器人跑步機——Lokomat。這個機器人的訓(xùn)練對象包括因中風(fēng)引發(fā)行動障礙、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。這個系統(tǒng)包括一個可以完全承重的體重支撐系統(tǒng)、一個踏板、環(huán)繞在腿部并且起到運動引導(dǎo)和刺激作用的架子和一個提供反饋信息的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。這家公司也曾想用這套系統(tǒng)來解決背部下端、手臂和手部的治療。
附屬于馬德里理工大學(xué)的Aura Innovative Robotics實驗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能估測病患的受創(chuàng)程度，然后幫助他們在一系列動力和力度感應(yīng)器下開展康復(fù)訓(xùn)練。實驗室的聯(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，然后為每個患者量身定做一個受機器人主導(dǎo)、執(zhí)行的康復(fù)計劃。“
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項目中提到的，這觸發(fā)了許多安全性、可穿戴性、能量自動供給性、智能動力交互以及心理層面的挑戰(zhàn)。這個項目旨在設(shè)計一個雙下肢外骨骼系統(tǒng)，它可以幫助人們克服功能上缺失帶來的難題。在KU Leuven的研究實驗中，這個系統(tǒng)能輔助65歲以上坐著的健全人實現(xiàn)站立。
在另一個領(lǐng)域的前沿，有一個“促進(jìn)截癱患者行動的人機交互可穿戴式外骨骼”的項目，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動神經(jīng)功能，在沒有外部輔助的條件下行走。他們的Mindwalker外骨骼系統(tǒng)是由六個骨髓受損者在實驗室環(huán)境下完成的。這個項目的目標(biāo)之一是利用一個干燥而輕便的可穿戴的腦電波帽，識別可以控制外骨骼運動的腦電波。虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練環(huán)境可以幫助大腦產(chǎn)生正確的腦電波信號。
“新一代外骨骼的功能在不斷強化，比如自動運行、平衡機制和協(xié)助控制運行等。BALANCE和SYMBITRON的研究都得到了來自歐盟的資助”，作為Tecnalia Research and Innovation中BALANCE項目的負(fù)責(zé)人，Jan Veneman博士如是說道：“在食品藥品監(jiān)督管理局于2016年同意將各類自動外骨骼投入家用后，外骨骼正在一步步成為現(xiàn)實。這極大地拓寬了外骨骼技術(shù)和其他可穿戴式機器人的細(xì)分市場。”
外骨骼有著各種不同的形狀和材料。在將于2016年10月8日開幕的Cybatholon半機器人奧林匹克運動會上，我們會看到至少11支隊伍穿戴著外骨骼參賽。實際上，目前的大趨勢是外骨骼會變得越來越輕便，甚至像襪子一樣，而不是用螺栓和金屬制成的冰冷設(shè)備。雖然它并不能實現(xiàn)全動力的行走，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)了專門為手部設(shè)計的輕便型外骨骼，它看起來就像是個漂亮的手套。
從根特大學(xué)發(fā)明的WALL-X外骨骼中，我們得知，帶有簡單氣體動力系統(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％的工人請病假的原因，而每年甚至有上百萬人因此失業(yè)。” Spexor Spinal外骨骼旨在避免背部下端的疼痛，并幫助那些經(jīng)歷病痛的人們再就業(yè)。不像那些只關(guān)注于上肢或是下肢移動性的外骨骼，Spexor Spinal專注致力解決脊髓受損者的病痛。這個項目起源于2016年1月，現(xiàn)仍處于初始階段。
抓住了這樣的機遇，瑞士創(chuàng)業(yè)公司Noonee開創(chuàng)了一個旨在優(yōu)化工作環(huán)境的項目，叫Chairolution。“這種不像椅子的椅子是一個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，使之可以移動身體，避免重復(fù)性的勞動帶來的壓力以及健康問題。”德國汽車產(chǎn)商奧迪于去年試用了這個外骨骼。
另外一個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)。這個機器人是法國原子能委員會發(fā)明的，目的是降低手臂荷載。ABLE的發(fā)明團(tuán)隊表示，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)備能夠控制全動力的觸覺機器人。機器人的反饋會用于發(fā)動機控制功能的升級。這樣的設(shè)備可以用于需要精準(zhǔn)發(fā)動機控制的機器人手術(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器人，而是要讓病患能自由移動、改善不良的工作環(huán)境以及開發(fā)遙控操作的新用途。當(dāng)然，這個領(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)、人機交互以及對復(fù)雜系統(tǒng)的操控的知識。
來源：中國機器人網(wǎng)
