柔性外骨骼從科幻變現(xiàn)實(shí) 有望讓特殊人群擺脫輪椅

在自然界，蝦、蟹、昆蟲等節(jié)肢動(dòng)物體表堅(jiān)韌的外骨骼，有保護(hù)和支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)、抵御外部惡劣環(huán)境、自我修復(fù)的作用。

如今外骨骼也已逐步走入了人類生活，例如用于部隊(duì)野外訓(xùn)練、工人裝卸重物、癱瘓病人的肢體康復(fù)等。

柔性外骨骼從科幻變現(xiàn)實(shí)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院電測技術(shù)及智能控制研究所的曹天傲博士介紹，現(xiàn)有各種硬性外骨骼類似機(jī)器人的剛性結(jié)構(gòu)，限制了人體的自然運(yùn)動(dòng)，且人體關(guān)節(jié)很難與硬性外骨骼的關(guān)節(jié)完美契合，因此會(huì)帶來嚴(yán)重的不舒適感，長久使用甚至?xí)斐申P(guān)節(jié)勞損等。與之相比，柔性外骨骼是一種可穿戴的類似衣服的軟性設(shè)備，可包裹在肢體上，并與人體肌肉和韌帶平行工作，通過特定負(fù)載路徑將拉力傳遞到人身體上，并在關(guān)節(jié)處產(chǎn)生輔助扭矩。柔性外骨骼的內(nèi)在順應(yīng)性使其慣性極低，并始終可與生物關(guān)節(jié)保持一致。

由于這些特性，開創(chuàng)性的柔性外骨骼原型已在國內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)室中被開發(fā)出來。例如，由美國哈佛大學(xué)電纜驅(qū)動(dòng)的軟腳踝、日本廣島大學(xué)以氣動(dòng)凝膠肌肉為基礎(chǔ)的軟肘部等，均已在實(shí)驗(yàn)室閃亮登場。同時(shí)，英國利茲大學(xué)和我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)手攻關(guān)，已經(jīng)初步設(shè)計(jì)研制出了低成本家用中風(fēng)康復(fù)柔性下肢外骨骼，其核心技術(shù)是采用氣動(dòng)肌肉方法包裹患者肢體，將各種生物傳感器安裝在外骨骼外部，測量人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度、位置、轉(zhuǎn)角等信息，進(jìn)而利用這些力學(xué)參數(shù)給出特定的康復(fù)效果量化評估。而安裝在外骨骼內(nèi)部的一些生物傳感器還可以捕捉人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌肉電信號。

借助柔性外骨骼，一系列過去只能在科幻作品中發(fā)生的故事，已能在人間重現(xiàn)，并有望改寫人類認(rèn)知。特別是在中風(fēng)康復(fù)方面，柔性外骨骼極有可能帶來革命性的突破。

中風(fēng)病人有望恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能

黑龍江省中醫(yī)學(xué)結(jié)合學(xué)會(huì)眩暈癥分會(huì)主任委員、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科謝春成教授介紹，全球每年約有1500萬人新發(fā)生腦中風(fēng)，其中超過500萬人死亡。腦中風(fēng)造成的腦組織損傷主要是神經(jīng)細(xì)胞受損，這會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)通路阻斷，大腦不能有效地控制肢體按個(gè)人意圖運(yùn)動(dòng)，因此通常會(huì)造成患者偏癱和肌肉萎縮等，帶來感知和運(yùn)動(dòng)功能障礙，而患者運(yùn)動(dòng)障礙往往會(huì)不對稱地累及兩側(cè)肢體，最終導(dǎo)致四肢癱瘓。這其中25%—74%的患者需要借助各種輔助器具或完全依賴護(hù)理者才能進(jìn)行日常生活活動(dòng)。當(dāng)前，傳統(tǒng)的康復(fù)治療手段通常依靠康復(fù)理療師手動(dòng)帶動(dòng)患者的患肢施行被動(dòng)訓(xùn)練，訓(xùn)練策略比較單一，而且這種康復(fù)需要理療師付出較強(qiáng)的體力勞動(dòng)，但患者卻通常難以得到足夠強(qiáng)度與頻次的康復(fù)訓(xùn)練。

針對上述問題，使用柔性外骨骼設(shè)備對患者進(jìn)行康復(fù)理療或許是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。將其套在病人的患肢上，它便可以按照特定的程序進(jìn)行重復(fù)不間斷的康復(fù)訓(xùn)練工作。尤其是在疫情防控期間，患者無法前往醫(yī)院，或者身在偏遠(yuǎn)的海島或山村里，醫(yī)生同樣可以利用互聯(lián)網(wǎng)建遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺，指導(dǎo)病人穿戴上可重構(gòu)的外骨骼裝束，在家接受相應(yīng)的個(gè)體化康復(fù)訓(xùn)練。醫(yī)生還可在線監(jiān)控康復(fù)訓(xùn)練的全過程，在出現(xiàn)問題時(shí)，根據(jù)患者的感覺反饋?zhàn)龀黾皶r(shí)的評估和干預(yù)。謝春成認(rèn)為，在外骨骼的助力下，中風(fēng)病人有望逐漸恢復(fù)原有運(yùn)動(dòng)功能，打通神經(jīng)通路，重塑神經(jīng)系統(tǒng)，逐步回歸患病前的狀態(tài)，重返社會(huì)。

曹天傲表示，不久的將來，人們佩戴柔性外骨骼也許就像日常穿衣一樣簡便舒適。柔性外骨骼不僅可以協(xié)助正常人身姿更矯健、動(dòng)作更靈活，還有望讓中風(fēng)偏癱、漸凍癥、重癥小兒麻痹病、嚴(yán)重車禍致殘的特殊人群擺脫輪椅，開啟美好人生。(衣曉峰 李麗云)

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