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电子科技大学研发人机交互“黑科技” 让瘫痪者走起来

2017-05-31 10:59
来源: 华西都市报
责任编辑:李娟

  “外骨骼机器人”帮助瘫痪病人林寒直立行走。

  双腿瘫痪,一生只能与轮椅相伴的人想站起来怎么办?福音来了!电子科技大学用5年时间研发出了一款名为“助行外骨骼机器人”的设备。这个机器人,犹如科幻影片中“钢铁侠”身上的“盔甲”,可按照使用者的指令,帮助其站立、坐下和自如行走。

  “助行外骨骼机器人”是近年来四川科技飞速发展的缩影,也是人机交互智能转化的显著成果。未来,该款机器人将在服务社会经济、保障健康等方面做出贡献。

  日前,记者在电子科技大学见到了这个“神奇的机器人”。电子科技大学机器人研究中心研发人员程都告诉记者,下一步,这款设备将升级为更加智能化的“第四代”,“只要使用者身体前倾,机器人就能带动其行走,身体直立,机器人就会停下,并实现自如上下楼。”

  意外坠楼

  双腿瘫痪,感觉“这辈子都完了”

  28岁的林寒是四川自贡人,几年前在福建“做工程”。2013年底的一天,因为脚下踩空,林寒从4楼摔到了1楼,坠落时,刚好砸在一块广告栏上,“咔嚓”一声,林寒昏了过去。等林寒醒过来时,他发现自己已躺在福州一家医院的病床上。医生告知的结果是:“腰椎断裂,神经严重受损,下肢瘫痪。”

  回忆起当年那一幕,林寒说,当时的感觉是“这辈子都完了”。

  在这家医院住院半年后,林寒被接回了四川。他说,那段日子是他一生中最黑暗的日子,由于下肢瘫痪没有任何知觉,大小便失禁让他备感难堪,每天都要由母亲来照顾自己,心里非常愧疚。“也特别不想出门,不想面对外人看我的眼神,也不想跟人交流,觉得不好意思,难受。”林寒说。

  惊喜来临

  穿上外骨骼机器人,能自如行走

  2015年,林寒的家人将他送到了四川省八一康复中心。

  2015年8月的一天,林寒正在床上进行训练,医生突然来说,电子科技大学一个团队研发了一款设备,可以帮助瘫痪者站起来并实现行走。

  “当时医生说,研发人员来医院找了患者试用,问我想不想试一下,我就说试一下吧,当时也没抱多大希望。”林寒回忆,第一眼看到这款设备的时候,只感觉它“有些笨重,不知道是否有用”。

  在工作人员的帮助下,通过胸部、腹部和腿部的几条绑扎带,林寒将这款设备穿在腰上。工作人员递给他一双肘杖,教了他肘杖的使用方法。穿戴好后,坐在轮椅上的林寒摁下了肘杖上的按钮,“机器人”将林寒的臀部抬起来,直到将他抬到站立状态,并依靠肘杖稳稳站住。

  “现在回想起来,我说不出当时的心情,反正不是头脑一片空白……”林寒想了想,“我就感觉,终于站起来了,我本该是站着的人”。

  看着林寒站起来,工作人员请他再次按下行走的按钮。林寒摁下按钮,右腿被足底的鞋缓缓抬起,往前迈了一步,紧接着,左腿被抬起,又往前迈了一步。“因为腿部没有感觉,所以对行走没有概念,要保持平衡,需要手上的肘杖及时跟上。”林寒说。

  重拾信心

  “身体在恢复,心情也好了很多”

  5月24日,电子科大外骨骼机器人研发工程师告诉华西都市报-封面新闻记者,林寒当时使用的是该机器人的初级版本,“因为人体的各项数据未能完全统计,所以部分身高无法匹配的患者使用不了。”后来,研发团队根据各种不同类型的身高、体重需求,做了进一步完善,并研发出了第三代版本。现在,使用者只需要一至两天,就能真正实现“人机交互”“人机合一”。

  2015年9月,林寒被邀请参加全国第九届残运会暨第六届特奥会开幕式,并依靠外骨骼机器人进行了圣火传递。这一幕,让全国观众为之动容,也让无数腿疾患者看到了希望。

  林寒也决定,从此成为一名电子科大外骨骼机器人研发团队的志愿者,并从医院搬到了天府新区,租下一套房子,每天自己摇着轮椅到研发团队的公司进行试验和康复锻炼。

  “我现在感觉身体明显有变化,心情也好了很多。就拿大小便来讲,以前完全没有知觉,现在恢复到95%以上了。”林寒笑着说。

  新闻纵深

  外骨骼机器人·研发

  “我国拥有了国际领先水平”

  电子科技大学机器人研究中心研发人员程都告诉华西都市报-封面新闻记者,研发外骨骼机器人的想法,是在2008年开始的。

  当时,电子科大机器人研究中心执行主任程洪教授从国外回来后,在八一康复医院看到很多腿疾患者,想到美国、以色列和日本已研发出了外骨骼机器人,便着手组建一个属于中国自己的研发团队。电子科技大学立即给予了场地、资金等方面的大力支持。

  程洪教授此前在接受媒体采访时表示,外骨骼机器人的用途表现在两方面,一是针对对康复需要补偿的人,由机器带着人的关节运动;另一方面,是机器随着正常人的运动而运动。虽然外骨骼机器人设计的初衷,是机器带着人走,但电子科大研发团队一开始要做的,是外骨骼机器人如何像人一样走路。

  “我们仅仅是用了5年时间,便研发出了第一款产品。”程都介绍,在研发这一款产品时,由于中国人的身高、体重以及肢体行动方面与外国人有区别,而此时的国外技术也是正在摸索,核心技术一片空白,所以,研发团队一切只能从零开始。

  “最大的难题,首先是实现正常人穿戴这个产品后的行走数据统计和输出,需要根据正常人的运动数据来实现人机交互;其次,是收集腿疾患者的数据搭建系统平台,通过机器的数据分析,来驱动产品的运转,带动腿疾患者实现运动。除此之外,偏瘫的人会有足下垂的状况,我们也研发了适用于足下垂的智能鞋。”

  程都说,外骨骼机器人从基础版本,到如今的第三代,再到正在研发中的第四代,中间经历了机械、电子、医学、人工智能等学科的高度配合,“突破了很多难题,一步步搭建起了拥有电子科大标签的完整系统平台和核心算法”。

  外骨骼机器人·未来

  “人机相融,帮患者上楼下楼”

  5月24日,电子科技大学创新中心一楼的办公室内,林寒在程都和研发工程师的帮助下,穿上了一款第三代的外骨骼机器人。林寒穿戴着外骨骼机器人,轻松站起,沿着办公室平稳地行走了几圈后,又自如坐下。

  程都指着林寒身上的外骨骼机器人介绍,这套系统由电驱关节、机械连杆、智能鞋、腰部支撑及绑缚附件等组成,通过这些部分的协同工作,辅助林寒自如行动,“腰部背包,相当于一个计算机,患者的所有信息都被收集到这个计算机里,最终实现人机合一,完成站立、原地转弯、平视行走等动作。”

  程都介绍,目前,根据患者需求研发的外骨骼机器人,行走动作主要是先迈右腿,待技术成熟后,会根据不同的需求改变迈腿的习惯,同时会收集大量不同患者的数据,从而计算出不同的需求,逐步设计不同的驱动性能,最终实现各类腿疾者与机器相融。

  “我们正在研发的第四代,可以通过传感器感知人体的运动意图,然后把信息迅速传递给计算机,并通过控制模块传达命令行走。”程都说,这款机器人,将变人体被动迈步,到主动迈步。

  “也就是说,只要人体有一个前倾的动作,大脑里有主动前行的意图,机器人就会辅助他前行。人体只要直立,机器人就能准确明白停止的命令。同时,我们正在研发上下楼的触发装置,实现帮助患者上下楼的功能。”程都说。(记者刁明康 肖茹丹 实习生柴枫桔 摄影报道)

责任编辑:李娟
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