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90後創業者研發智能康複機器人:突破康複輔具3.0時代難題

作者:澎湃新聞

·康複輔助器具産品已曆經三代變革。數字化、智能化的康複機器人正在幫助下肢運動功能障礙者重新站起來,軟體和算法為差異性的使用者制定長期康複方案,提升康複效果。

·康複機器人B端市場競争激烈,C端仍是一片藍海,但走向家庭仍面臨安全、成本、技術等挑戰。依托腦機接口、智能仿真假肢等技術的康複輔具4.0時代是一個輔具無感化時代,但仍有技術挑戰與倫理道德制約。

90後創業者研發智能康複機器人:突破康複輔具3.0時代難題

上海邦邦機器人有限公司創始人及CEO李建國。

數字化、智能化的康複機器人正在幫助下肢運動功能障礙者重新站起來,軟體和算法為使用者制定差異化長期康複方案,提升康複效果。去年8月,因将智能技術引入康複輔具、改善行動障礙人士生活,90後創業者、上海邦邦機器人有限公司創始人及CEO李建國入選“上海科技青年35人引領計劃”獲獎名單。1月4日,李建國對澎湃科技(www.thepaper.cn)表示,目前,國内康複機器人的消費市場具有巨大潛力,相對于已是紅海的B端市場,C端的家庭消費市場仍是一片藍海,但機器人走向家庭仍面臨技術和成本等衆多難點。

為下肢運動功能障礙群體康複訓練研發新助手

和李建國從小一起長大的堂哥在一次礦難事故中癱瘓,後來因為長期卧床得了褥瘡和敗血症。2011年,考入哈爾濱工業大學電氣工程及其自動化專業的李建國接觸到了機器人,想着能否做出一些東西,幫助像他堂哥這樣的下肢運動功能障礙群體獨立自主地生活和出行。他知道,這一群體的人數并不少。中國殘障人士聯合會2021年公布的資料顯示,2010年末,大陸殘障人士總人數8502萬人,其中肢體殘疾2472萬人。

2016年,大學畢業後的李建國來到上海,決定和同學一起創業,他們聚焦下肢運動功能障礙群體,創辦了邦邦機器人,試圖建構康複機器人和輔助出行機器人生态。現在,邦邦機器人已經形成了康複機器人、輔助出行機器人兩大産品線,同時依托機器人智能網聯系統平台和遠端康複服務平台兩大技術平台,實作遠端售後和居家遠端互動式康複訓練。

李建國和同僚們研發的智能訓練系列機器人可幫助患者完成直立訓練、平衡訓練和坐站訓練。“對于下半身沒有知覺的使用者來說,站立就是一種訓練,對肌肉進行牽引和拉伸,保持血液循環正常。”李建國介紹說,當患者喪失站立和行動能力,其平衡能力也下降了,智能訓練系列機器人帶有的平衡功能可幫助患者居家訓練平衡能力。此外,坐姿與站姿的切換有利于膝關節、胯關節等下肢坐站訓練,有助于預防肌肉萎縮,緩解關節攣縮,減緩骨密度下降速度,改善血液循環。

康複機器人兩大課題:有效性和安全性

盡管有了堂哥的案例,李建國很早就了解了這類患者的主要困難,但他和團隊仍然跑醫院、征集志願者、與病人同吃同住,掌握患者的真實需求;根據患者的年齡、病種、癱瘓程度,觀察患者日常訓練狀态,學習并發症應對,摸索康複診療體系。“我們在設計産品時,必須根據個體差異給予初等、中等到更高等級的不同配置,譬如針對上肢力量弱的群體,要提供更強的力量輔助和補償。”李建國說,“這類群體的并發症特别多,肌肉萎縮隻是其中一個問題,最大的問題是褥瘡、關節攣縮、足外翻。這類病人不适用緊貼人身體的外骨骼機器人,一旦人的關節發生變形,并且骨密度下降到一定程度,外骨骼機器人稍微施加一點點力,就可能直接導緻粉碎性骨折。”

訓練過程的安全性和康複效果的有效性是康複機器人兩項同樣重要的名額。為了更準确地評估康複效果,李建國和團隊用軟體和算法針對每個使用者的個性化狀況制定長期康複方案,通過遠端後端采集和分析訓練資料,評估使用者訓練效果,為下次訓練提供指導。同時提供康複資料分析報告、更個性化的康複方案和遠端醫療顧問。

“在訓練過程中,患者有時會出現關節的肌張力過高,導緻下肢攣縮。這時候必須有回報機制立馬采集到攣縮現象并做緩解。”李建國表示,通過智能算法上的安全防護,可以保持裝置重心穩定,機器人在訓練中判斷力的回報,遇到緊急情況時自動停止訓練,減少二次醫療事故。

曆經三代變革,仍有衆多難題待解

大陸康複領域的探索始于上世紀八九十年代。李建國表示,康複行業真正受到重視是在2005年左右,人們認識到康複是新的理論體系和醫學領域,不僅僅是骨科和外傷的康複,還有心肺功能、神經、言語、肌肉等的康複,醫院也出現了專門的康複科。2015年,國内醫療康複領域實作大爆發。“目前國家也在極力推進三級診療體系建設,在醫療領域,康複市場規模從上世紀八九十年代的幾百萬元增長到三四百億元。”李建國說。

随着康複行業的發展,康複輔助器具産品也曆經了三代變革。1.0時代是傳統輔具時代,拐杖、手動輪椅、機械訓練裝置是常見的補償基礎功能的輔具。2.0時代是輔具的電動化時代,出現了電動輪椅、電動訓練裝置,利用機電和控制技術實作了高效功能補償。

2004年左右,國外開始探索新一代康複訓練和出行的輔具,利用資料傳感、人工智能、網際網路等技術,3.0時代的康複輔具實作了數字化、智能化和遠端互動。在專業護工和康複師短缺情況下,專業的康複訓練也能進入家庭,患者實作了從被動訓練到主動訓練的轉變,根據患者力的大小,康複輔具可調節訓練力度。代步出行機器人的路況感覺功能提升了出行安全。

李建國認為,目前,康複機器人商用市場競争激烈,但大衆消費市場仍是一片藍海,不過,走向家庭仍面臨痛點。

首先是患者個體差異大,康複機器人要适應不同患者意味着技術難度高。成本是制約康複機器人進入家庭的又一挑戰。通過技術疊代和規模量産,目前邦邦機器人智能訓練系列産品定價在1-4萬元,代步出行系列産品定價在2萬元以下。此外,面向大衆消費市場的以色列外骨骼系統提供商ReWalk,其康複機器人進入家庭後,仍然出現使用者摔傷的案例,使得人們對于康複機器人的安全性尚存疑慮。

在李建國看來,目前,康複輔具3.0時代尚未抵達發展高峰,仍需突破技術大關。康複機器人走向輕量化,要探索新材料應用。同時,電機和電池是重量大頭,目前邦邦機器人正在突破行業電機重量極限,研發一公斤以下的電機。人機協同以及遠端康複、安全預警功能仍需在AI、傳感器和算法層面實作突破。

未來的康複輔具4.0時代是一個輔具無感化的時代,依托腦機接口、智能仿真假肢、生物列印技術實作功能仿生和再造。不過李建國認為,因為涉及技術突破和倫理道德的制約,康複輔具的4.0時代仍需一兩百年時間才會到來。

(編者注:本文系澎湃科技與上海科技聯合推出的“正自廣闊:上海科技青年35人引領計劃追光報道”系列之一。敬請垂注更多後續報道。)