電子科技大學(xué)研發(fā)人機(jī)交互“黑科技”

“外骨骼機(jī)器人”幫助癱瘓病人林寒直立行走。

雙腿癱瘓，一生只能與輪椅相伴的人想站起來(lái)怎么辦？福音來(lái)了！電子科技大學(xué)用5年時(shí)間研發(fā)出了一款名為“助行外骨骼機(jī)器人”的設(shè)備。這個(gè)機(jī)器人，猶如科幻影片中“鋼鐵俠”身上的“盔甲”，可按照使用者的指令，幫助其站立、坐下和自如行走。

“助行外骨骼機(jī)器人”是近年來(lái)四川科技飛速發(fā)展的縮影，也是人機(jī)交互智能轉(zhuǎn)化的顯著成果。未來(lái)，該款機(jī)器人將在服務(wù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、保障健康等方面做出貢獻(xiàn)。

日前，記者在電子科技大學(xué)見到了這個(gè)“神奇的機(jī)器人”。電子科技大學(xué)機(jī)器人研究中心研發(fā)人員程都告訴記者，下一步，這款設(shè)備將升級(jí)為更加智能化的“第四代”，“只要使用者身體前傾，機(jī)器人就能帶動(dòng)其行走，身體直立，機(jī)器人就會(huì)停下，并實(shí)現(xiàn)自如上下樓。”

意外墜樓

雙腿癱瘓，感覺“這輩子都完了”

28歲的林寒是四川自貢人，幾年前在福建“做工程”。2013年底的一天，因?yàn)槟_下踩空，林寒從4樓摔到了1樓，墜落時(shí)，剛好砸在一塊廣告欄上，“咔嚓”一聲，林寒昏了過去。等林寒醒過來(lái)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)自己已躺在福州一家醫(yī)院的病床上。醫(yī)生告知的結(jié)果是：“腰椎斷裂，神經(jīng)嚴(yán)重受損，下肢癱瘓。”

回憶起當(dāng)年那一幕，林寒說(shuō)，當(dāng)時(shí)的感覺是“這輩子都完了”。

在這家醫(yī)院住院半年后，林寒被接回了四川。他說(shuō)，那段日子是他一生中最黑暗的日子，由于下肢癱瘓沒有任何知覺，大小便失禁讓他備感難堪，每天都要由母親來(lái)照顧自己，心里非常愧疚。“也特別不想出門，不想面對(duì)外人看我的眼神，也不想跟人交流，覺得不好意思，難受。”林寒說(shuō)。

驚喜來(lái)臨

穿上外骨骼機(jī)器人，能自如行走

2015年，林寒的家人將他送到了四川省八一康復(fù)中心。

2015年8月的一天，林寒正在床上進(jìn)行訓(xùn)練，醫(yī)生突然來(lái)說(shuō)，電子科技大學(xué)一個(gè)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款設(shè)備，可以幫助癱瘓者站起來(lái)并實(shí)現(xiàn)行走。

“當(dāng)時(shí)醫(yī)生說(shuō)，研發(fā)人員來(lái)醫(yī)院找了患者試用，問我想不想試一下，我就說(shuō)試一下吧，當(dāng)時(shí)也沒抱多大希望。”林寒回憶，第一眼看到這款設(shè)備的時(shí)候，只感覺它“有些笨重，不知道是否有用”。

在工作人員的幫助下，通過胸部、腹部和腿部的幾條綁扎帶，林寒將這款設(shè)備穿在腰上。工作人員遞給他一雙肘杖，教了他肘杖的使用方法。穿戴好后，坐在輪椅上的林寒摁下了肘杖上的按鈕，“機(jī)器人”將林寒的臀部抬起來(lái)，直到將他抬到站立狀態(tài)，并依靠肘杖穩(wěn)穩(wěn)站住。

“現(xiàn)在回想起來(lái)，我說(shuō)不出當(dāng)時(shí)的心情，反正不是頭腦一片空白……”林寒想了想，“我就感覺，終于站起來(lái)了，我本該是站著的人”。

看著林寒站起來(lái)，工作人員請(qǐng)他再次按下行走的按鈕。林寒摁下按鈕，右腿被足底的鞋緩緩抬起，往前邁了一步，緊接著，左腿被抬起，又往前邁了一步。“因?yàn)橥炔繘]有感覺，所以對(duì)行走沒有概念，要保持平衡，需要手上的肘杖及時(shí)跟上。”林寒說(shuō)。

重拾信心

“身體在恢復(fù)，心情也好了很多”

5月24日，電子科大外骨骼機(jī)器人研發(fā)工程師告訴華西都市報(bào)-封面新聞?dòng)浾撸趾?dāng)時(shí)使用的是該機(jī)器人的初級(jí)版本，“因?yàn)槿梭w的各項(xiàng)數(shù)據(jù)未能完全統(tǒng)計(jì)，所以部分身高無(wú)法匹配的患者使用不了。”后來(lái)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)各種不同類型的身高、體重需求，做了進(jìn)一步完善，并研發(fā)出了第三代版本?，F(xiàn)在，使用者只需要一至兩天，就能真正實(shí)現(xiàn)“人機(jī)交互”“人機(jī)合一”。

2015年9月，林寒被邀請(qǐng)參加全國(guó)第九屆殘運(yùn)會(huì)暨第六屆特奧會(huì)開幕式，并依靠外骨骼機(jī)器人進(jìn)行了圣火傳遞。這一幕，讓全國(guó)觀眾為之動(dòng)容，也讓無(wú)數(shù)腿疾患者看到了希望。

林寒也決定，從此成為一名電子科大外骨骼機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)的志愿者，并從醫(yī)院搬到了天府新區(qū)，租下一套房子，每天自己搖著輪椅到研發(fā)團(tuán)隊(duì)的公司進(jìn)行試驗(yàn)和康復(fù)鍛煉。

“我現(xiàn)在感覺身體明顯有變化，心情也好了很多。就拿大小便來(lái)講，以前完全沒有知覺，現(xiàn)在恢復(fù)到95%以上了。”林寒笑著說(shuō)。

新聞縱深

外骨骼機(jī)器人·研發(fā)

“我國(guó)擁有了國(guó)際領(lǐng)先水平”

電子科技大學(xué)機(jī)器人研究中心研發(fā)人員程都告訴華西都市報(bào)-封面新聞?dòng)浾?，研發(fā)外骨骼機(jī)器人的想法，是在2008年開始的。

當(dāng)時(shí)，電子科大機(jī)器人研究中心執(zhí)行主任程洪教授從國(guó)外回來(lái)后，在八一康復(fù)醫(yī)院看到很多腿疾患者，想到美國(guó)、以色列和日本已研發(fā)出了外骨骼機(jī)器人，便著手組建一個(gè)屬于中國(guó)自己的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。電子科技大學(xué)立即給予了場(chǎng)地、資金等方面的大力支持。

程洪教授此前在接受媒體采訪時(shí)表示，外骨骼機(jī)器人的用途表現(xiàn)在兩方面，一是針對(duì)對(duì)康復(fù)需要補(bǔ)償?shù)娜?，由機(jī)器帶著人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；另一方面，是機(jī)器隨著正常人的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。雖然外骨骼機(jī)器人設(shè)計(jì)的初衷，是機(jī)器帶著人走，但電子科大研發(fā)團(tuán)隊(duì)一開始要做的，是外骨骼機(jī)器人如何像人一樣走路。

“我們僅僅是用了5年時(shí)間，便研發(fā)出了第一款產(chǎn)品。”程都介紹，在研發(fā)這一款產(chǎn)品時(shí)，由于中國(guó)人的身高、體重以及肢體行動(dòng)方面與外國(guó)人有區(qū)別，而此時(shí)的國(guó)外技術(shù)也是正在摸索，核心技術(shù)一片空白，所以，研發(fā)團(tuán)隊(duì)一切只能從零開始。

“最大的難題，首先是實(shí)現(xiàn)正常人穿戴這個(gè)產(chǎn)品后的行走數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和輸出，需要根據(jù)正常人的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；其次，是收集腿疾患者的數(shù)據(jù)搭建系統(tǒng)平臺(tái)，通過機(jī)器的數(shù)據(jù)分析，來(lái)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)腿疾患者實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。除此之外，偏癱的人會(huì)有足下垂的狀況，我們也研發(fā)了適用于足下垂的智能鞋。”

程都說(shuō)，外骨骼機(jī)器人從基礎(chǔ)版本，到如今的第三代，再到正在研發(fā)中的第四代，中間經(jīng)歷了機(jī)械、電子、醫(yī)學(xué)、人工智能等學(xué)科的高度配合，“突破了很多難題，一步步搭建起了擁有電子科大標(biāo)簽的完整系統(tǒng)平臺(tái)和核心算法”。

外骨骼機(jī)器人·未來(lái)

“人機(jī)相融，幫患者上樓下樓”

5月24日，電子科技大學(xué)創(chuàng)新中心一樓的辦公室內(nèi)，林寒在程都和研發(fā)工程師的幫助下，穿上了一款第三代的外骨骼機(jī)器人。林寒穿戴著外骨骼機(jī)器人，輕松站起，沿著辦公室平穩(wěn)地行走了幾圈后，又自如坐下。

程都指著林寒身上的外骨骼機(jī)器人介紹，這套系統(tǒng)由電驅(qū)關(guān)節(jié)、機(jī)械連桿、智能鞋、腰部支撐及綁縛附件等組成，通過這些部分的協(xié)同工作，輔助林寒自如行動(dòng)，“腰部背包，相當(dāng)于一個(gè)計(jì)算機(jī)，患者的所有信息都被收集到這個(gè)計(jì)算機(jī)里，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)合一，完成站立、原地轉(zhuǎn)彎、平視行走等動(dòng)作。”

程都介紹，目前，根據(jù)患者需求研發(fā)的外骨骼機(jī)器人，行走動(dòng)作主要是先邁右腿，待技術(shù)成熟后，會(huì)根據(jù)不同的需求改變邁腿的習(xí)慣，同時(shí)會(huì)收集大量不同患者的數(shù)據(jù)，從而計(jì)算出不同的需求，逐步設(shè)計(jì)不同的驅(qū)動(dòng)性能，最終實(shí)現(xiàn)各類腿疾者與機(jī)器相融。

“我們正在研發(fā)的第四代，可以通過傳感器感知人體的運(yùn)動(dòng)意圖，然后把信息迅速傳遞給計(jì)算機(jī)，并通過控制模塊傳達(dá)命令行走。”程都說(shuō)，這款機(jī)器人，將變?nèi)梭w被動(dòng)邁步，到主動(dòng)邁步。

“也就是說(shuō)，只要人體有一個(gè)前傾的動(dòng)作，大腦里有主動(dòng)前行的意圖，機(jī)器人就會(huì)輔助他前行。人體只要直立，機(jī)器人就能準(zhǔn)確明白停止的命令。同時(shí)，我們正在研發(fā)上下樓的觸發(fā)裝置，實(shí)現(xiàn)幫助患者上下樓的功能。”程都說(shuō)。