“軟機(jī)器人”將可幫癱瘓者重新站起來走路

網(wǎng)易科技訊11月25日消息，據(jù)衛(wèi)報報道，美國哈佛大學(xué)的康納·沃爾什（Conor Walsh）實驗室并非常見的研究中心，這里沒有臺式離心機(jī)、可清除有毒氣體的通風(fēng)廚、燒杯或鉗鍋、試管架等，只有幾臺筆記本電腦以及各種各樣的衣服。在實驗室一側(cè)，站著許多穿著T恤和黑色跑褲的模特，它們后面則堆放著運(yùn)動衫和跑鞋。在另一個架子上，放著被仔細(xì)折疊的短褲和綁腿，上面還標(biāo)記著不同的號碼。在我最近訪問這里時，一名學(xué)生正在長褲上縫補(bǔ)丁。

如果是走在街上，你可能以為自己進(jìn)了高檔體育用品店。但這不是耐克的大學(xué)，而是哈佛大學(xué)的生物設(shè)計實驗室。這里有許多令人矚目的研究項目，它們的目標(biāo)是徹底改變“軟機(jī)器人”科學(xué)。在這個過程中，也能改變中風(fēng)患者的命運(yùn)，幫助他們再次行走。實驗室負(fù)責(zé)人沃爾什說：“從本質(zhì)上說，我們正在研究能夠為遭受移動障礙的人提供力量的衣服，幫助他們恢復(fù)移動能力?！?/p>

不久前，在洛杉磯的儀式上，35歲的沃爾什獲得勞力士雄才偉略大獎(Rolex Awards for Enterprise)。他計劃利用10萬瑞士法郎的獎金擴(kuò)展“軟機(jī)器人”研究，將其制造成套裝，以增強(qiáng)工人和士兵的負(fù)重能力。同時，這些機(jī)器人套裝還可被用于醫(yī)療領(lǐng)域，包括幫助照顧患有帕金森病、腦性癱瘓以及其他影響移動能力疾病的病人。

沃爾什畢業(yè)于都柏林三一學(xué)院制造與機(jī)械工程專業(yè)。早在學(xué)生時代，他就曾讀過美國正開發(fā)外骨骼幫助增強(qiáng)人類負(fù)重能力的報道，并對機(jī)器人產(chǎn)生癡迷。實際上，外骨骼就是類似機(jī)器人的堅硬外殼，可以將使用者包裹住，增強(qiáng)移動能力，比如《鋼鐵俠》中羅伯特·唐尼（Robert Downey Jr）所穿的鋼鐵套裝或《異形》中西格妮·韋弗(Sigourney Weaver)所用的動力骨骼等。

沃爾什表示：“我認(rèn)為它們看起來非?？?！”為此，沃爾什申請進(jìn)入麻省理工學(xué)院深造，隨著生物力學(xué)專家休·黑爾（Hugh Herr）學(xué)習(xí)。但是當(dāng)沃爾什開始接觸僵硬的外骨骼時，他發(fā)現(xiàn)對其感到很不滿意。他說：“這就像裝甲變成了機(jī)器人套裝，但它同樣堅硬、沉重，令人感到不舒服，而且并非總能隨人類而動?！?/p>

為此，當(dāng)沃爾什來到哈佛大學(xué)時，他成立了生物設(shè)計實驗室，決定利用不同的方式解決這個問題。他說：“我立即發(fā)現(xiàn)，如果你使用更軟的套裝，可以支持你采取正確行動。此外，它穿起來更舒服，而且不會困擾到你。它具有巨大的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值。我開始想象：我們能夠制作出可穿戴的軟機(jī)器人嗎？”

答案是肯定的。在同事特里·艾利斯（Terry Ellis）、路易斯·阿瓦德（Louis Awad）以及肯·霍爾特（Ken Holt）等人的幫助下，他們利用電子學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、材料學(xué)以及神經(jīng)學(xué)等知識，設(shè)計和制造出可幫助行走的巧妙設(shè)備：軟外骨骼套裝。實際上，它就是用特制的布料裹住某人的腿部肌肉。然后利用自行車剎車線制作成滑輪將其與綁腿相連，另一端則與病人背上的電源背包線纜相連。當(dāng)穿戴著抬腳邁步時，電源包就會拉動纜線，從而幫助抬腿。當(dāng)雙腳交替行走時，另一條連接在鞋頭的纜線就會拉緊，從而幫助抬起另一只腳，以便于其不會拖在地面上。

利用這種方法，無法再控制自己肌肉的人的情況就可以得到緩解。他們可以抬腿，重要的是保持腳趾向下，以便于不會被絆倒在地。簡言之，他們可以再次恢復(fù)行走。沃爾什說：“在設(shè)計機(jī)器人設(shè)備時，設(shè)計關(guān)節(jié)非常重要。而我們的設(shè)備只有1個關(guān)節(jié)，非常容易控制。此外，我們盡量使用輕質(zhì)材料，設(shè)備也更容易穿戴。”

最初，用于幫助穿戴者抬腿的滑輪使用手推車類似設(shè)備。沃爾什等人不斷對其改進(jìn)，減少電源包體積，令其穿起來更舒服。這套套裝重約4.5公斤，沃爾什希望將來能夠進(jìn)一步減重。此外，電源包還配有IMU，用于分析腳部運(yùn)動產(chǎn)生的力量，隨之提高或降低剎車線滑輪。這些傳感器必須以毫秒級的精確度工作。

測試已經(jīng)取得成功，中風(fēng)患者穿戴軟外骨骼套裝在跑步機(jī)上行走時，情況得到明顯改善。適應(yīng)套裝后，他們不再緊緊抓著離合器和扶手，動作也越來越快，越來越自信。沃爾什說：“我們并非說這套套裝是移動障礙的唯一解決方案，還有各種各樣的硬外骨骼套裝適用于完全癱瘓的人。但是對于病情不嚴(yán)重的人來說，軟機(jī)器人套裝是更好的選擇?！?/p>

每年，僅在英國就有11萬人患上中風(fēng)，盡管大多數(shù)人能夠幸存下來，但中風(fēng)已經(jīng)成為僅次于心臟病和癌癥的第三大殺手。許多中風(fēng)患者往往會遠(yuǎn)離社交活動，更喜歡待在家里，也不愿意鍛煉。沃爾什等人希望他們的研究能夠改善這種情況。

中風(fēng)患者無需時刻穿著軟外骨骼套裝，而是當(dāng)他們需要離家外出時才穿上。這款設(shè)備也可用于理療，幫助患者恢復(fù)行走能力。隨著時間發(fā)展，沃爾什及其團(tuán)隊希望能在3年內(nèi)將原型產(chǎn)品推向市場。軟外骨骼套裝不僅可幫助中風(fēng)患者，還能幫助腦癱、老年癡呆癥、多發(fā)性硬化癥、帕金森病等患者。沃爾森說：“當(dāng)肌肉無法產(chǎn)生足夠支持人類行走的力量時，可穿戴的軟機(jī)器人可以幫助他們?！?/p>

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