癱瘓父親穿機械骨骼接女兒放學引熱議！清華新研究助力無拐杖行走

最近，一則視訊在微網誌上引發熱議。一位癱瘓多年的父親借助外骨骼機甲重新站了起來，并且久違地親自接到了放學的女兒。

視訊中爸爸所穿戴的外骨骼，很好的幫助了爸爸獨自站立支撐以及獨自行走。

機械外骨骼不是個新話題。前段時間，文摘菌曾經報道過現身上海的“機甲戰士”外賣小哥！負重一百斤一口氣爬五樓，給了大家不少未來世界暢想。

當時就有讀者提到：“這種技術要是能運用到醫療方向就更好了。”

這款外骨骼機器人的原理是使用外骨骼支架來支援行走困難的人進行康複訓練，在康複訓練當中，會使原本萎縮無力的肌肉和神經得到激活，能使行走困難的人的運動神經和行走肌肉得到有效地鍛煉。

其實，輔助複健隻是機械外骨骼進行的一個步驟，這類産品的最終的目的是需要從行走不便變成行走自由，看似從0-1，隻用邁一步，實際上這個步子邁得相當艱難。這也是很多下肢殘障的病人恢複正常生活中最大的障礙，消耗了自己和家人大量心力，稍微照顧不周，還很容易導緻二次傷害。

不過，通過外骨骼有效的外部支撐，減少行走不便中存在的重心不穩，尤其是脊椎、骨盆這種非常關鍵的部位，避免康複中的傷害。

相關如果能實作大量的量産應用的話，絕對是能給許多行走不便的患者帶來重獲新生的機會。

全球競相落地，機械外骨骼輔助下肢殘障人士士重新行走

機械外骨骼的出現無疑給了下肢殘障人士重新站起來的希望。全球範圍内，相關産品也已經有不少商業化落地。比如Ekso Bionics公司生産的Ekso GT，可以幫助患者重新站立行走，成為了美國食品和藥物管理局(FDA)準許用于中風患者的第一個外骨骼。

德國人工智能研究中心已經開發出兩種遙控的通用動力外骨骼裝置，CAPIO和VI-Bot，其外骨骼技術也正在開發中，以提高手術期間的精确度，并幫助護士移動和運送重病人。

此外，被動式外骨骼技術正越來越多地應用于汽車工業，其目标是減少勞工受傷(特别是在肩膀和脊椎)和減少由于疲勞造成的誤差。

這樣的“黑科技”當然也不能少了日本的參與。去年12月，日本企業INNOPHYS正式發售可穿戴肌肉輔助外骨骼裝置“Muscle Suit”，根據人造肌肉原理，能夠為身體減輕25.5公斤的負重，舉起50斤重量的物體不是問題，而且使用方法也十分簡便，隻需為裝置打氣30次後穿上即可。

文摘菌也出去好奇去了解了一下，文章開頭提到幫父親站起來的外骨骼機器人來自一家中國本土的專業康複機器人公司-大艾機器人，該機器人主要應用在脊髓損傷,脊髓炎，腦損傷, 腦癱，中風, 偏癱、骨關節術後運動恢複、肌無力等行走困難的使用者場景裡。

除了接女兒放學的父親，大艾機器人之前也有過其他成功的案例。一位東北小夥海子由于從高空墜落導緻下肢癱瘓，醫生告訴他，可能終生需要與輪椅為伴。後來開始使用外骨骼機器人，從剛開始的不适，到自己獨自借助外骨骼機器人走到天安門。在長期不停止的康複訓練下，下肢肌肉與神經逐漸恢複，已經可以不用借助外力，便可以像正常人一樣自己站起來。目前，海子已經可以解除外骨骼機器人，使用助力杖獨立行走。從終生輪椅到獨立行走這一步，足足用了3153萬秒。

清華步态優化算法獲ICRA最佳論文：專注讓無拐杖外骨骼行走更穩

這些可落地的商業産品離不開相關科研成果的進展，最近，康複訓練機器人的科研結果又有更新！

本月初，全球機器人自動化的頂級研讨會議ICRA評出最佳會議論文：基于偏好的學習外骨骼步态優化算法。

該項研究是由清華大學與加州理工共同提出的，由于當下的研究基本都是介于使用拐杖和速度在0.05m/s左右的慢速靜态行走之間，而該論文團隊是想證明在無拐杖外骨骼行走時，能否産生動态穩定的步态。

此外，基于偏好的互動式學習中的工作，這一項目還提出了CoSpar算法。CoSpar提示使用者在兩次試驗之間給出步行偏好并提出改進建議；由于外骨骼行走是一種非直覺的行為，是以與數字回報相比，使用者可以更輕松，更可靠地培養、感覺行走習慣。

論文連結：https://arxiv.org/abs/1909.12316
           

作者在文中開頭就強調了，這個研究是為了給行走不便的使用者打造的，如果隻算美國市場，至少是有600萬人迫切急需的。

除了做算法研究以外，還要考慮到來自地面的沖擊，是以需要參考混合零動力學。

而且外骨骼的期望前髋速度是恒定的，在實際行走速度中是會涉及到跳躍的。

研究中所采用的外骨骼支撐Atalante，戴口罩是為了模拟正常人體的代謝支出，并進行測量研究。（工作做得很細緻）

不同顔色的線代表着，從左到右分别是左腳踝，左矢狀踝關節，左矢狀膝關節，左矢狀髋關節，左橫髋關節，左前關節，根據步行10秒以上的左腿關節圖，左矢髋部位範圍比較大，步态表明該使用者喜歡更長的步态。

将使用者舒适性作為首要目标，通過對使用者的行走軌迹特征進行優化計算，建構了一套步态優化架構-Cosper，而且該優化架構建立在互動學習的基礎上。

通過對使用者的步态資料收集，可以得出使用者的步态偏好，還能确定使用者的行走軌迹。

并在模拟測試中，結合外骨骼支架，使用Copsar算法可以模拟出使用者偏好。

知乎上經常有人會問，科研的初心是什麼，

文摘菌想，如果能夠通過科技來改變命運，這也就不枉費科研人員的一番苦心。

将大家日常生活中遇到的不便，使用科技手段來解決，尤其是像通過外骨骼支架順利行走的癱瘓人群，重新燃起了生的希望，也就重新擁有了世界。

衆所周知，中國社會老齡化趨勢越來越嚴重，很多老年人生活都無法自理，而這個裝置能夠緩解老年人在日常生活中的種種不便。

這或許也正是在知乎關于機械外骨骼送外賣的提問中，這個讓人心酸又暖心的答案獲得了近5000贊的原因。

參考報道：

https://www.ai-robotics.cn/case/5c9c8a456b9d6b182eda3cea https://www.ai-robotics.cn/