電子科技大學(xué)研發(fā)人機交互“黑科技”

“外骨骼機器人”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怎么辦？福音來了！電子科技大學(xué)用5年時間研發(fā)出了一款名為“助行外骨骼機器人”的設(shè)備。這個機器人，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。

“助行外骨骼機器人”是近年來四川科技飛速發(fā)展的縮影，也是人機交互智能轉(zhuǎn)化的顯著成果。未來，該款機器人將在服務(wù)社會經(jīng)濟、保障健康等方面做出貢獻。

日前，記者在電子科技大學(xué)見到了這個“神奇的機器人”。電子科技大學(xué)機器人研究中心研發(fā)人員程都告訴記者，下一步，這款設(shè)備將升級為更加智能化的“第四代”，“只要使用者身體前傾，機器人就能帶動其行走，身體直立，機器人就會停下，并實現(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，因為腳下踩空，林寒從4樓摔到了1樓，墜落時，剛好砸在一塊廣告欄上，“咔嚓”一聲，林寒昏了過去。等林寒醒過來時，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)嚴重受損，下肢癱瘓。”

回憶起當年那一幕，林寒說，當時的感覺是“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，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，每天都要由母親來照顧自己，心里非常愧疚。“也特別不想出門，不想面對外人看我的眼神，也不想跟人交流，覺得不好意思，難受。”林寒說。

驚喜來臨

穿上外骨骼機器人，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，林寒正在床上進行訓(xùn)練，醫(yī)生突然來說，電子科技大學(xué)一個團隊研發(fā)了一款設(shè)備，可以幫助癱瘓者站起來并實現(xiàn)行走。

“當時醫(yī)生說，研發(fā)人員來醫(yī)院找了患者試用，問我想不想試一下，我就說試一下吧，當時也沒抱多大希望。”林寒回憶，第一眼看到這款設(shè)備的時候，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，“機器人”將林寒的臀部抬起來，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，我說不出當時的心情，反正不是頭腦一片空白……”林寒想了想，“我就感覺，終于站起來了，我本該是站著的人”。

看著林寒站起來，工作人員請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。“因為腿部沒有感覺，所以對行走沒有概念，要保持平衡，需要手上的肘杖及時跟上。”林寒說。

重拾信心

“身體在恢復(fù)，心情也好了很多”

5月24日，電子科大外骨骼機器人研發(fā)工程師告訴華西都市報-封面新聞記者，林寒當時使用的是該機器人的初級版本，“因為人體的各項數(shù)據(jù)未能完全統(tǒng)計，所以部分身高無法匹配的患者使用不了。”后來，研發(fā)團隊根據(jù)各種不同類型的身高、體重需求，做了進一步完善，并研發(fā)出了第三代版本?，F(xiàn)在，使用者只需要一至兩天，就能真正實現(xiàn)“人機交互”“人機合一”。

2015年9月，林寒被邀請參加全國第九屆殘運會暨第六屆特奧會開幕式，并依靠外骨骼機器人進行了圣火傳遞。這一幕，讓全國觀眾為之動容，也讓無數(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器人研發(fā)團隊的志愿者，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)團隊的公司進行試驗和康復(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。

新聞縱深

外骨骼機器人·研發(fā)

“我國擁有了國際領(lǐng)先水平”

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

當時，電子科大機器人研究中心執(zhí)行主任程洪教授從國外回來后，在八一康復(fù)醫(yī)院看到很多腿疾患者，想到美國、以色列和日本已研發(fā)出了外骨骼機器人，便著手組建一個屬于中國自己的研發(fā)團隊。電子科技大學(xué)立即給予了場地、資金等方面的大力支持。

程洪教授此前在接受媒體采訪時表示，外骨骼機器人的用途表現(xiàn)在兩方面，一是針對對康復(fù)需要補償?shù)娜?，由機器帶著人的關(guān)節(jié)運動；另一方面，是機器隨著正常人的運動而運動。雖然外骨骼機器人設(shè)計的初衷，是機器帶著人走，但電子科大研發(fā)團隊一開始要做的，是外骨骼機器人如何像人一樣走路。

“我們僅僅是用了5年時間，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，由于中國人的身高、體重以及肢體行動方面與外國人有區(qū)別，而此時的國外技術(shù)也是正在摸索，核心技術(shù)一片空白，所以，研發(fā)團隊一切只能從零開始。

“最大的難題，首先是實現(xiàn)正常人穿戴這個產(chǎn)品后的行走數(shù)據(jù)統(tǒng)計和輸出，需要根據(jù)正常人的運動數(shù)據(jù)來實現(xiàn)人機交互；其次，是收集腿疾患者的數(shù)據(jù)搭建系統(tǒng)平臺，通過機器的數(shù)據(jù)分析，來驅(qū)動產(chǎn)品的運轉(zhuǎn)，帶動腿疾患者實現(xiàn)運動。除此之外，偏癱的人會有足下垂的狀況，我們也研發(fā)了適用于足下垂的智能鞋。”

程都說，外骨骼機器人從基礎(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簽的完整系統(tǒng)平臺和核心算法”。

外骨骼機器人·未來

“人機相融，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器人。林寒穿戴著外骨骼機器人，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器人介紹，這套系統(tǒng)由電驅(qū)關(guān)節(jié)、機械連桿、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，“腰部背包，相當于一個計算機，患者的所有信息都被收集到這個計算機里，最終實現(xiàn)人機合一，完成站立、原地轉(zhuǎn)彎、平視行走等動作。”

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

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

“也就是說，只要人體有一個前傾的動作，大腦里有主動前行的意圖，機器人就會輔助他前行。人體只要直立，機器人就能準確明白停止的命令。同時，我們正在研發(fā)上下樓的觸發(fā)裝置，實現(xiàn)幫助患者上下樓的功能。”程都說。