残障人士穿戴外骨骼[文]机器人行走。 帅梅团队供图
帅梅不止一次听到,[章]有人称呼她为“钢铁[来]侠”。
现实版的“钢铁侠”[自],或许并不像漫画和[知]电影里那样拥有惊人[嘛]的力量,但对于截瘫[答]、偏瘫、脑瘫患者来[案]说,帅梅和她的研究[网]团队,没准比超级英[文]雄更“超级英雄”。[章]他们研制的设备,能[来]在一定程度上帮助那[自]些下肢运动功能障碍[知]人士重新站起来。
帅梅是北京航空航天[嘛]大学生物医学工程高[答]精尖中心博士生导师[案]、研究员,也是北航[网]外骨骼实验室的主任[文]。她与团队一同研发[章]的我国第一个外骨骼[来]机器人,是科技部“[自]十二五”支撑计划、[知]国家自然科学基金、[嘛]北京市重大科技计划[答]的成果转化项目。
作为我国康复机器人[案]持续原创研发者,这[网]个团队研发的外骨骼[文]机器人,被选为20[章]22年北京冬季残奥[来]会火炬传递及火炬汇[自]集代表,在全世界面[知]前展示了中国科技给[嘛]残障人士生活带来的[答]改变。
帅梅对中青报・中青[案]网记者说,未来的机[网]械外骨骼,也许还会[文]造福更多的人,发挥[章]更重要的作用。
“一套机器人,装着[来]数百个传感器”
位于北京经济技术开[自]发区经海三路139[知]号的阳光大艾肢体残[嘛]疾人士康复中心,看[答]起来并不像研究基地[案]或工厂,而更像是一[网]个疗养院。
3月22日,春分刚[文]过,仍感料峭。几位[章]不良于行的患者,“[来]嵌”在大大小小款式[自]不同的外骨骼康复训[知]练机器人当中,装有[嘛]传感器的机械腿绑缚[答]使用者的下肢,他们[案]在工作人员的帮助下[网],一步一步,向前行[文]走。
他们是来这里做康复[章]训练的,需要在训练[来]场地不间断地行走,[自]达到“复健”目的。[知]
“这一套机器人,装[嘛]着数百个传感器。”[答]帅梅说。
她穿行在训练场地,[案]眼前的使用者,有因[网]为训练意外而失去胸[文]以下部位所有知觉的[章]运动员,也有无法控[来]制好下肢、走路步态[自]“不正规”的脑瘫儿[知]童。
帅梅跟每个使用者打[嘛]招呼,询问他们这一[答]次的康复体验。这位[案]机器人领域的工学教[网]授,眼下看起来,倒[文]更像是一位医生。
“我们确实还需要再[章]学很多医学的东西,[来]幸好我们很快就了解[自]了相关领域需要的医[知]学知识,还得到了北[嘛]京积水潭医院、国家[答]康复辅具研究中心等[案]单位医学专家的帮助[网]指点。”帅梅说。
她从2003年开始[文]机器人领域的相关研[章]究。
比起“写论文”,她[来]对亲自动手、“做一[自]些对人类有益的产品[知]”更感兴趣。她最早[嘛]研制的,是一个行走[答]在崎岖不平路面的仿[案]人机器人。他们把障[网]碍物撒到地上去,各[文]种大小,不同高低,[章]凹凸不平,机器人在[来]上面自行判断复杂情[自]况完成行走。用帅梅[知]的话说,要是机器人[嘛]判断不了复杂路面,[答]它的实用性“基本上[案]就没有了”。
2006年之后,帅[网]梅先是任职于北京航[文]空航天大学自动化学[章]院,目前是北航生物[来]与医学工程学院的研[自]究员。
“中国是人口大国,[知]老龄化问题比较突出[嘛],对于健康的需求越[答]来越大,所以我们想[案]在这方面发力。”她[网]和团队开始关注到了[文]健康领域。
自此,帅梅一头扎进[章]了对外骨骼机器人的[来]研究当中。她的一位[自]研究仿人机器人的博[知]士研究生总跟她念叨[嘛],说“老师,咱们要[答]是早就研究外骨骼机[案]器人就好了”,帅梅[网]笑着回忆,那位学生[文]“反复念叨了几十遍[章]”。
他们都觉得,外骨骼[来]机器人是一个马上就[自]能为民众带来福利的[知]产品,比起之前的崎[嘛]岖不平路面机器人,[答]“对社会的贡献会更[案]大一点”。
不过帅梅也觉得,早[网]期的研究还是有意义[文]的,毕竟要是没有前[章]期研究的基础,后续[来]的研究就等于是从头[自]开始,会更加艰难。[知]
帅梅说,研发团队目[嘛]前拥有5个系列9款[答]不同的外骨骼机器人[案]产品,训练超百万人[网]次。
“他走的汗都出来了[文],我也看的汗都出来[章]了”
研究团队的攻坚过程[来]历时10余年,至今[自]仍在做进一步研发。[知]实验室里,时不时会[嘛]有凌晨3点测试的场[答]面。
“搞科研就是这样,[案]到了关键时刻,是停[网]不下来的,就必须得[文]往前走。”帅梅开玩[章]笑地提到,积水潭医[来]院的一位主任,经常[自]被她半夜的电话吵醒[知]。
作为工科人,帅梅见[嘛]过无数的同行,他们[答]身上都有个共同的特[案]点,就是“看着傻乎[网]乎的”。
“走到你跟前突然一[文]翻眼睛,看你一眼,[章]然后自己就走过去了[来],不跟你打招呼,因[自]为他根本就没看见人[知],这是工科人在思考[嘛]问题。”她笑着说。[答]
她自己也经常处于这[案]个状态,在这种状态[网]下攻克了无数个技术[文]难关。每当解决掉一[章]个卡住团队的技术问[来]题,他们都“特别有[自]成就感”。
截至目前,团队拿到[知]了2021年中国产[嘛]学研合作创新与促进[答]奖产学研创新成果一[案]等奖,在国际上,获[网]得过英国皇室“龙门[文]创将”全球创新创业[章]大赛中国冠军、全球[来]亚军。
据帅梅回忆,北美康[自]复工程与辅助器具协[知]会主席有一年来中国[嘛]参加展会,在他们的[答]展台上站了一个多小[案]时。
美国医学科学院外籍[网]院士、中国康复医学[文]领头人励建安教授有[章]过这样一个评价:对[来]于失去站立或行走功[自]能、或行走功能减弱[知]的截瘫、偏瘫、脑瘫[嘛]、老年人等,外骨骼[答]机器人具有过去无法[案]实现的效果。
“还可以帮助使用者[网]重塑行走的蹲伏步态[文]。”帅梅提到一位脑[章]瘫人士,那是一个被[来]称为小安琪的女孩。[自]
在穿戴外骨骼机器人[知]进行几天康复训练之[嘛]后,小安琪专门走到[答]一位研究人员的面前[案],对她说,“姐姐,[网]我这15年活得不如[文]这5天”。
研究人员一把抱住了[章]小安琪,心里特别感[来]动。
“孩子的大脑还在发[自]育中,还有机会去改[知]善。”帅梅感慨。在[嘛]最初的设计中,她“[答]还真没想过可以适用[案]于脑瘫孩子”。
她还记得,第一位使[网]用她研发的外骨骼机[文]器人的,是一位脊髓[章]损伤者。在穿上外骨[来]骼设备之前,对方已[自]经14年无法行走了[知]。通过医院的介绍,[嘛]这位患者被送到了帅[答]梅面前。
四五个小时过去,研[案]究团队试着让这位患[网]者穿上外骨骼设备,[文]迈出第一步。
那是在北航的一间实[章]验室里,不到十米的[来]距离,这位患者终于[自]挪动了十几年没有抬[知]起的双腿,在可穿戴[嘛]设备的帮助下,一步[答]一步,走完了这段路[案]。
“历史性的一步啊![网]”帅梅翻出当年用手[文]机录制的视频,一边[章]看一边感慨,“他走[来]的汗都出来了,我也[自]看的汗都出来了。”[知]
“把成本降下来,才[嘛]能帮助更多的人”
帅梅走到电梯口,遇[答]到一位家长,家长推[案]着轮椅上的孩子正要[网]离开。
“今天怎么样?”帅[文]梅迅速跟对方讨论了[章]起来,那位父亲随口[来]提到,孩子在训练过[自]程中“睡着了”。
等帅梅回到休息区,[知]转身叫住帮那位孩子[嘛]训练的工作人员,她[答]叮嘱道,“下回不能[案]让他睡着了”。
十几平方米的休息区[网],几个年轻人或站或[文]立,其中一位20岁[章]出头的年轻人,已经[来]能脱离外骨骼机器人[自]直接行走了。用帅梅[知]的话说,原先“这孩[嘛]子像纸片人一般,可[答]瘦了”,如今胳膊上[案]腿上有肉了,整个人[网]都“变帅了”。
作为研发者,帅梅见[文]证过许多患者,在外[章]骨骼机器人的帮助下[来]一步步走向康复。
这其中,有的使用者[自]因为不能动,患有骨[知]质疏松,身体状况非[嘛]常差,甚至出现肌肉[答]萎缩,相比于正常人[案]甚至老年人都差很多[网]。
中枢神经损伤的治疗[文],在医学上一直是难[章]题。在外骨骼机器人[来]的帮助下,穿戴使用[自]者通过训练,用设定[知]的仿生行走步态,在[嘛]真实地面行走。这能[答]够促进运动功能恢复[案],调动穿戴使用者全[网]身的关节肌肉运动,[文]增强肌力、躯干控制[章]能力、平衡和协调运[来]动能力,同时也能增[自]进神经系统的协调性[知]。
在北京冬残奥会火炬[嘛]接力火种汇集仪式现[答]场,一个名叫邵海朋[案]的人格外显眼。他曾[网]因高空坠落导致截瘫[文],双下肢失去行走功[章]能。如今,银色和红[来]色的智能装置支撑着[自]他迈开双腿,实现了[知]传递火炬的梦想。
邵海朋还参加过“科[嘛]技助残”穿越“一带[答]一路”机器人行走马[案]拉松公益挑战赛,穿[网]戴着外骨骼机器,历[文]时9天,走完42.[章]195公里的全程马[来]拉松,创造了该项目[自]的世界纪录。
来自湖南的90后女[知]孩杨淑亭因车祸高位[嘛]截瘫,作为冬残奥火[答]炬手出现在冬残奥会[案]火炬传递过程中。在[网]这之前,她用5个月[文]进行了适配训练,学[章]习掌握下肢助力外骨[来]骼设备。
据帅梅介绍,冬残奥[自]会上出现的其中一款[知],是最新的人工智能[嘛]外骨骼机器人,基于[答]传感网络和人工智能[案]控制算法,能自动感[网]知穿戴者的主观行动[文]意愿,辅助其“随心[章]而动”,实现快走、[来]慢走任意切换,甚至[自]还能上下楼梯、上下[知]坡。
这一外骨骼机器人,[嘛]主要用于行走能力有[答]一定障碍但并未完全[案]丧失行走能力的残疾[网]人,可以增强使用者[文]肌肉的剩余力量,帮[章]助身体恢复机能。帅[来]梅也提到,针对完全[自]失去行走能力的残疾[知]人,团队开发出了被[嘛]动式的智能外骨骼机[答]器人。
降低成本是这个团队[案]的下一步研究方向之[网]一。帅梅曾得到过机[文]会,向政府领导介绍[章]外骨骼机器人,在听[来]完功能和效果的介绍[自]之后,领导迅速问了[知]一个重要问题:“多[嘛]少钱?”
“还是需要把成本降下来,才能帮助更多的人。”帅梅说。