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  • “软机器人”将可帮瘫痪者重新站起来走路

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    • 时间:2016-12-01
    • 编译:zhangrunping
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       据卫报报道,美国哈佛大学的康纳·沃尔什(Conor Walsh)实验室并非常见的研究中心,这里没有台式离心机、可清除有毒气体的通风厨、烧杯或钳锅、试管架等,只有几台笔记本电脑以及各种各样的衣服。在实验室一侧,站着许多穿着T恤和黑色跑裤的模特,它们后面则堆放着运动衫和跑鞋。在另一个架子上,放着被仔细折叠的短裤和绑腿,上面还标记着不同的号码。在我最近访问这里时,一名学生正在长裤上缝补丁。
     
      如果是走在街上,你可能以为自己进了高档体育用品店。但这不是耐克的大学,而是哈佛大学的生物设计实验室。这里有许多令人瞩目的研究项目,它们的目标是彻底改变“软机器人”科学。在这个过程中,也能改变中风患者的命运,帮助他们再次行走。实验室负责人沃尔什说:“从本质上说,我们正在研究能够为遭受移动障碍的人提供力量的衣服,帮助他们恢复移动能力。”
     
      不久前,在洛杉矶的仪式上,35岁的沃尔什获得劳力士雄才伟略大奖(Rolex Awards for Enterprise)。他计划利用10万瑞士法郎的奖金扩展“软机器人”研究,将其制造成套装,以增强工人和士兵的负重能力。同时,这些机器人套装还可被用于医疗领域,包括帮助照顾患有帕金森病、脑性瘫痪以及其他影响移动能力疾病的病人。
     

     
      沃尔什毕业于都柏林三一学院制造与机械工程专业。早在学生时代,他就曾读过美国正开发外骨骼帮助增强人类负重能力的报道,并对机器人产生痴迷。实际上,外骨骼就是类似机器人的坚硬外壳,可以将使用者包裹住,增强移动能力,比如《钢铁侠》中罗伯特·唐尼(Robert DowneyJr)所穿的钢铁套装或《异形》中西格妮·韦弗(Sigourney Weaver)所用的动力骨骼等。
     
      沃尔什表示:“我认为它们看起来非常酷!”为此,沃尔什申请进入麻省理工学院深造,随着生物力学专家休·黑尔(Hugh Herr)学习。但是当沃尔什开始接触僵硬的外骨骼时,他发现对其感到很不满意。他说:“这就像装甲变成了机器人套装,但它同样坚硬、沉重,令人感到不舒服,而且并非总能随人类而动。”
     
      为此,当沃尔什来到哈佛大学时,他成立了生物设计实验室,决定利用不同的方式解决这个问题。他说:“我立即发现,如果你使用更软的套装,可以支持你采取正确行动。此外,它穿起来更舒服,而且不会困扰到你。它具有巨大的生物医学应用价值。我开始想象:我们能够制作出可穿戴的软机器人吗?”
     
      答案是肯定的。在同事特里·艾利斯(Terry Ellis)、路易斯·阿瓦德(Louis Awad)以及肯·霍尔特(Ken Holt)等人的帮助下,他们利用电子学、机械工程学、材料学以及神经学等知识,设计和制造出可帮助行走的巧妙设备:软外骨骼套装。实际上,它就是用特制的布料裹住某人的腿部肌肉。然后利用自行车刹车线制作成滑轮将其与绑腿相连,另一端则与病人背上的电源背包线缆相连。当穿戴着抬脚迈步时,电源包就会拉动缆线,从而帮助抬腿。当双脚交替行走时,另一条连接在鞋头的缆线就会拉紧,从而帮助抬起另一只脚,以便于其不会拖在地面上。
     
      利用这种方法,无法再控制自己肌肉的人的情况就可以得到缓解。他们可以抬腿,重要的是保持脚趾向下,以便于不会被绊倒在地。简言之,他们可以再次恢复行走。沃尔什说:“在设计机器人设备时,设计关节非常重要。而我们的设备只有1个关节,非常容易控制。此外,我们尽量使用轻质材料,设备也更容易穿戴。”
     
      最初,用于帮助穿戴者抬腿的滑轮使用手推车类似设备。沃尔什等人不断对其改进,减少电源包体积,令其穿起来更舒服。这套套装重约4.5公斤,沃尔什希望将来能够进一步减重。此外,电源包还配有IMU,用于分析脚部运动产生的力量,随之提高或降低刹车线滑轮。这些传感器必须以毫秒级的精确度工作。
     
      测试已经取得成功,中风患者穿戴软外骨骼套装在跑步机上行走时,情况得到明显改善。适应套装后,他们不再紧紧抓着离合器和扶手,动作也越来越快,越来越自信。沃尔什说:“我们并非说这套套装是移动障碍的唯一解决方案,还有各种各样的硬外骨骼套装适用于完全瘫痪的人。但是对于病情不严重的人来说,软机器人套装是更好的选择。”
     
      每年,仅在英国就有11万人患上中风,尽管大多数人能够幸存下来,但中风已经成为仅次于心脏病和癌症的第三大杀手。许多中风患者往往会远离社交活动,更喜欢待在家里,也不愿意锻炼。沃尔什等人希望他们的研究能够改善这种情况。
     
      中风患者无需时刻穿着软外骨骼套装,而是当他们需要离家外出时才穿上。这款设备也可用于理疗,帮助患者恢复行走能力。随着时间发展,沃尔什及其团队希望能在3年内将原型产品推向市场。软外骨骼套装不仅可帮助中风患者,还能帮助脑瘫、老年痴呆症、多发性硬化症、帕金森病等患者。沃尔森说:“当肌肉无法产生足够支持人类行走的力量时,可穿戴的软机器人可以帮助他们。”
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