站立行走，對普通人來說是再簡單不過的動作，但對脊髓損傷的截癱者而言，卻是遙不可及的夢想。5年前，四川自貢小伙兒林寒工作時意外從四樓摔下，背部脊髓損傷，雙下肢喪失行動能力。近日，他穿戴上外骨骼機器人，不僅能如正常人一樣站起行走，還能自如地完成上下臺階等動作。
為林寒四肢運動提供能量的這款紅白相間的“鋼鐵俠”，是電子科技大學機器人研究中心執(zhí)行主任程洪團隊研發(fā)的第四代外骨骼機器人。
“我國是繼美國、以色列、日本之后，第四個成功研發(fā)外骨骼機器人的國家。”程洪介紹說，外骨骼機器人的研發(fā)不是某一學科的“單兵作戰(zhàn)”，而是機械結(jié)構(gòu)、醫(yī)學、人因工程學、計算機技術(shù)等多學科領(lǐng)域的高度交叉融合。
電子科技大學的外骨骼機器人研發(fā)始于2011年。當時，程洪剛在四川省八一康復(fù)中心，見到的上百位因汶川地震致殘的截癱患者，下定決心幫助截癱患者重新“站起來”。
8年來，程洪團隊從零開始，僅用5年時間就實現(xiàn)了外骨骼機器人在病人身上的穿戴測試，研發(fā)周期是國外的1/3。如今，已有包括林寒在內(nèi)的100多位截癱患者通過穿戴該團隊研發(fā)的外骨骼機器人，實現(xiàn)站立行走。
記者日前在電子科技大學機器人研究中心看到，第四代外骨骼機器人采用航空鋁材料，高約1米、重約23公斤，從上至下有6個關(guān)節(jié)、7個傳感器。使用者穿戴時，通過胸部、腹部、腿部的綁帶將其穿在身上，并將一雙拐杖套在雙臂上。
當行動時，腰部傳感器通過測試使用者的上肢傾斜度、傾斜加速度感知人體運動意圖，把信息傳遞給計算機，然后通過控制模塊向機器人傳達指令，實現(xiàn)電驅(qū)關(guān)節(jié)、智能鞋、腰部支撐及綁縛附件的運轉(zhuǎn)，輔助使用者行動。在向前邁步時，使用者的腿、腳被電驅(qū)關(guān)節(jié)、智能鞋緩緩抬起，拐杖及時配合完成行走動作。
“第四代外骨骼機器人技術(shù)已躋身世界前列。”研發(fā)團隊成員侯磊說，相對于前幾代外骨骼機器人，第四代可以通過智能鞋及其他傳感器，自動識別并規(guī)劃步態(tài)，完成樓梯的上下，行走更快、更流暢。同時，借助人工智能算法，讓外骨骼自動識別穿戴者意圖，人機交互更連貫、自然。
“但第四代外骨骼機器人的使用對象也有限制。”侯磊解釋道：使用者穿戴外骨骼機器人行走時，下半身會有種在空中跳起的懸空失重感，需要借助拐杖來保持身體平衡。因需要手臂力量支撐配合，第四代幫助的是損傷部位在胸椎T6區(qū)及以下的癱瘓者。
程洪向記者透露，他們正在研發(fā)的第五代外骨骼機器人，將實現(xiàn)用大腦意識控制外骨骼機器人執(zhí)行指令，這意味著損傷部位在胸椎T6區(qū)以上的殘疾人也有望借助機器“鋼鐵俠”重新實現(xiàn)直立行走，這將是人工智能領(lǐng)域的又一重大突破。
數(shù)字化要一盤棋更要各自為戰(zhàn)
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