火炬手楊淑亭（右）佩戴動(dòng)力外骨骼機(jī)器人參加火炬?zhèn)鬟f。新華社發(fā)

AI操縱外骨骼，讓輪椅使用者“步行”傳遞火炬；機(jī)械手感知電信號(hào)，讓天生缺失手臂的殘疾人“隨心而動(dòng)”……近年來，我國(guó)科研院所和科技企業(yè)在殘疾人保障事業(yè)上不斷發(fā)力，取得的一大批先進(jìn)科技成果，既富“科技感”又有“人情味”。2022年北京冬殘奧會(huì)期間，相關(guān)技術(shù)紛紛“亮相”，在賽事保障、科技助殘等領(lǐng)域大顯身手。

●南方日?qǐng)?bào)記者 王詩堃 泠汐 實(shí)習(xí)生 馮琦思

外骨骼機(jī)器人

讓癱瘓者重新行走

北京冬殘奧會(huì)開幕前的火炬?zhèn)鬟f中，幾位“鋼鐵俠”引人關(guān)注。

火炬手楊淑亭，曾因車禍導(dǎo)致高位截癱、11年無法直立行走。借助外骨骼機(jī)器人，她得以站起來完成火炬接力。

她使用的外骨骼機(jī)器人由北航生物醫(yī)學(xué)工程高精尖中心外骨骼實(shí)驗(yàn)室主任、北航生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院研究員帥梅率團(tuán)隊(duì)研發(fā)，名為“大艾機(jī)器人”。該設(shè)備依托多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)控制中心，突破智能生物感知與仿生步行、人機(jī)融合多模式混合控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，輔助選手步行。

在此次火炬?zhèn)鬟f前，楊淑亭經(jīng)過5個(gè)月的適配訓(xùn)練，學(xué)習(xí)掌握了下肢助力外骨骼設(shè)備。“每天穿戴外骨骼機(jī)器人練習(xí)走路很辛苦，但更多的是感到幸福，科技的力量讓我看到站起來的希望。”楊淑亭說。

“AI外骨骼機(jī)器人能感知到人行走快慢等主觀意愿，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人輔助與人體行為的自適應(yīng)?！睅浢方榻B。

此外，帥梅還表示，外骨骼機(jī)器人可以增強(qiáng)肌肉的剩余力量，激活患者的潛力，從而使他們的身體變得越來越好。

據(jù)悉，在此次冬殘奧會(huì)火炬匯集和傳遞儀式過程中，穿戴外骨骼機(jī)器人的還有曾打破“機(jī)器人行走馬拉松世界紀(jì)錄”的邵海朋。2018年，他曾穿戴這一骨骼康復(fù)機(jī)器人用時(shí)9天，行走42.22公里，超過全程馬拉松的距離。

值得一提的是，外骨骼設(shè)備不僅能幫助殘障人士恢復(fù)功能，對(duì)于健全人也有大作用。在工業(yè)生產(chǎn)中，外骨骼能夠幫助工人提高效率、減少勞損。

此前，國(guó)外有外骨骼研發(fā)企業(yè)測(cè)試顯示，穿戴外骨骼的試驗(yàn)人員可以舉起90公斤的重量，持續(xù)8個(gè)小時(shí)——這種力量?jī)H憑肌肉力量不可能做到。

“制造業(yè)和農(nóng)業(yè)等勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)一直依賴體力消耗和勞動(dòng)力。而這些設(shè)備將從根本上改變行業(yè)的運(yùn)作方式?！睂＜冶硎?。

機(jī)械手臂

采集肌電信號(hào)，假肢“隨心而動(dòng)”

另一種亮相冬殘奧會(huì)的外骨骼設(shè)備是“機(jī)械手臂”。對(duì)于失去部分肢體的殘疾人來說，一只機(jī)械手臂，不僅可以起到美觀作用，更可以“隨心而動(dòng)”，替代原肢體功能。

本屆冬殘奧會(huì)火炬手彭園園，在火炬?zhèn)鬟f過程中佩戴了中科院沈陽自動(dòng)化研究所為其量身定制的“上肢助力外骨骼機(jī)器人”。

彭園園是2018年韓國(guó)平昌冬殘奧會(huì)中國(guó)代表團(tuán)開幕式旗手。先天性右前臂缺失的她，在當(dāng)時(shí)使用左手擎起了國(guó)旗；而在今年的火炬?zhèn)鬟f中，火炬手彭園園戴上了機(jī)械右臂，用這只“科技手”接過并舉起了火炬。

傳遞過程中，她靈活運(yùn)用機(jī)械手臂揮舞致意，使用自身手臂與其流暢交替火炬。該外骨骼機(jī)器人全程穩(wěn)定抓握火炬，將奧運(yùn)圣火傳遞給下一棒火炬手。

據(jù)介紹，科研人員在上肢助力外骨骼機(jī)器人的研制中，突破了人機(jī)神經(jīng)接口相關(guān)技術(shù)，創(chuàng)新研制了貼合皮膚的多模態(tài)信息采集系統(tǒng)，準(zhǔn)確解析受試者“意念”，實(shí)現(xiàn)了殘肢與該外骨骼機(jī)器人間的自然操控。與此同時(shí)，還突破了殘肢功能再造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了外骨骼擬人化設(shè)計(jì)，確保手臂具備精細(xì)操作、負(fù)重操作能力。

中科院自動(dòng)化研究所研究員王衛(wèi)群介紹，機(jī)械臂能夠采集殘肢肌電信號(hào)，進(jìn)而通過電信號(hào)強(qiáng)弱與假肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系來控制假肢連續(xù)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于殘障人士來說，“意念”控制假肢并不僅僅是安裝即用，還要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練。訓(xùn)練的過程，即是建立肌電信號(hào)與假肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)

補(bǔ)齊殘疾人肌肉力量短板

清華大學(xué)智能與生物機(jī)械研究室主任、無障礙發(fā)展研究院副院長(zhǎng)季林紅和團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“科技冬奧”專項(xiàng)“冬殘奧運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)提升的關(guān)鍵技術(shù)”攻關(guān)課題。

具體來說，就是有針對(duì)性地挖掘殘疾人運(yùn)動(dòng)潛力，減少二次損傷，幫助其更好地實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想。

“殘疾人個(gè)體差異較大，即便是同一個(gè)項(xiàng)目，不同運(yùn)動(dòng)員的生理特點(diǎn)、體能情況、發(fā)力方式、動(dòng)作姿態(tài)都千差萬別，需要量身定制‘一人一策’的訓(xùn)練方案，并配備個(gè)性化的訓(xùn)練器械和輔助器具?！奔玖旨t表示。

例如，習(xí)慣單側(cè)發(fā)力的截肢運(yùn)動(dòng)員通常核心肌肉力量不對(duì)稱，長(zhǎng)此以往會(huì)導(dǎo)致肩胛不穩(wěn)等損傷；輪椅冰壺項(xiàng)目要求運(yùn)動(dòng)員精準(zhǔn)發(fā)力，但部分截癱運(yùn)動(dòng)員對(duì)冷的知覺不敏感，往往凍傷而不自知；越野滑雪中，運(yùn)動(dòng)員采用坐姿或跪姿，必須借助匹配自身關(guān)節(jié)角度、寬度的滑雪架才能完成比賽，否則極易受傷?！懊恳惶幖?xì)節(jié)都關(guān)乎運(yùn)動(dòng)員的健康、安全和競(jìng)技表現(xiàn)，一點(diǎn)都馬虎不得?！奔玖旨t說。

經(jīng)過反復(fù)測(cè)試迭代，科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一套數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，通過記錄運(yùn)動(dòng)員的生理參數(shù)、訓(xùn)練強(qiáng)度、技術(shù)動(dòng)作等信息，建立數(shù)據(jù)模型，為運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作優(yōu)化、傷病預(yù)防和康復(fù)提供保障。

在訓(xùn)練過程中，季林紅發(fā)現(xiàn)，有些運(yùn)動(dòng)員會(huì)出現(xiàn)腰疼、肩疼的情況，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象并不僅僅是運(yùn)動(dòng)損傷，有可能是因?yàn)闅埣矊?dǎo)致了運(yùn)動(dòng)員某些肌肉力量不夠。

“比如單腿截肢，常常一條腿走路，這條腿上的肌肉特別強(qiáng)，而另一側(cè)肌肉就很弱，這就是肌力不對(duì)稱?！奔玖旨t解釋稱，在日常情況下這沒有問題，但在運(yùn)動(dòng)中、能力極端輸出的情況下，就會(huì)出現(xiàn)很大的問題。

為了補(bǔ)齊運(yùn)動(dòng)員核心肌力不對(duì)稱的短板，團(tuán)隊(duì)開始有針對(duì)性地訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員。對(duì)于缺一側(cè)上肢的運(yùn)動(dòng)員，為其接上假肢，讓他做俯臥撐，來訓(xùn)練這一側(cè)的肌肉；如果缺少下肢，只用一條腿發(fā)力，則接上假肢訓(xùn)練其用兩側(cè)同時(shí)發(fā)力，這樣，兩側(cè)的肌肉都能均勻地發(fā)展起來?！凹×Σ粚?duì)稱的問題得到解決，運(yùn)動(dòng)員的整體運(yùn)動(dòng)能力就更強(qiáng)了?！奔玖旨t說。

關(guān)鍵詞： 科技發(fā)展