2014年10月30日，因為意外事故、突發疾病、年老體弱等諸多原因，不少人都會遇到上肢功能弱化、肌肉萎縮等問題。傳統的解決辦法是前往康復醫院進行專門的治療訓練。在北京，康復醫院不但「一號難求」，費用也是一筆不小的開支。
來自北京工業大學計算機學院的王念、王彪、叢義昊開發出一套「上肢輔助復健系統」，通過當守門員撲球、聽音樂敲架子鼓等電子遊戲的方式康復訓練上肢。用王彪的話說，就像訓練「阿凡達」一樣。他們的成果前不久獲得了全國大學生電子設計競賽的一等獎，目前已經申請專利。
因姥爺病重萌生設計念頭王念說，設計上肢復健儀的想法來自7年前的一段經歷，當時15歲的他還在念初中三年級，姥爺突發腦淤血，無法正常活動。照顧姥爺的重任落在了母親的肩上，為了使姥爺的肌肉保持放鬆狀態，每隔兩個小時，母親就要為姥爺按摩、做牽引運動。日復一日，母親一次不落地堅持著。但是，繁重的勞動讓母親身體也逐漸吃不消。
「姥爺被病痛折磨，非常痛苦，母親又疲於奔命。」王念說，當時他就在想能不能有一些家庭用的康復設備，能代替人力，同時又有良好的康復效果。
2011年，王念考入了北京工業大學計算機學院。專業的原因讓他接觸到了大量高精尖的電子儀器設備，設計一套康復設備的願望也愈發強烈。2013年下半年，正在讀大三的王念準備報名參加今年夏天的全國大學生電子設計競賽，他拿到了由一家頂級跨國公司提供的高端3D攝像頭，可以記錄、識別肢體、面部的細微動作，「我想到是不是可以利用這樣的攝像頭，匹配一定的軟體，指導病人進行康復訓練。」王念說。
通過調研，他發現一些肢體有傷殘的病人在家人或者護士的人工手動配合下進行肢體牽引訓練，來防止肌肉萎縮。這種傳統的康複方法費時費力。為了減輕了病人家屬和護士的勞動，不少病人選擇用機械來帶動肢體來回運動，進行康復治療。這種治療方法需要一個一個模塊進行，價格昂貴，一整套療程下來動輒上萬甚至十幾萬元，並且病人還需要向醫院提前預約，與其他病友輪換使用康復中心的治療儀。
正式決定參賽後，他又找到了王彪、叢義昊兩名同學。三人雖然同在計算機學院，但軟體、硬體的研究方向各有側重，組合在一起就成了「軟硬兼有」的黃金搭檔。
遊戲程序讓康復變得快樂今年上半年新學期開始，團隊就進入了緊張的研發階段。在老師的指導下，他們打算利用那款3D攝像頭識別、記錄病人的動作，計算機模擬成像，同時用牽引架輔助病人進行科學康復訓練。
一開始老師建議他們「由淺入深」——先用計算機建立一個骨骼模型，然後再做一個手掌撿球的簡單動作。結果上來就失敗了，「攝像頭精度不夠，數據會出現抖動，抓取呈現效果很一般。」他說，這意味著在更加複雜的肢體運動中，攝像頭很難抓取，康復訓練模擬就更無從談起了。
他們立即聯繫攝像頭的生產公司，對攝像頭程序進行升級。同時，對外部軟體程序進行修改完善。「康復訓練是一個重複性的過程，一個康復動作重複上千次、上萬次，枯燥乏味。能不能讓康復過程快樂一點，有趣一點？」王念說，後來團隊經過連夜商量，決定加入遊戲元素，他們設計了自由足球、打架子鼓等多個遊戲程序，「比如自由足球，讓病人擔當守門員的角色，需要判斷方向並伸手撲球，眼、腦、手臂、手掌都需要用到。」王念說，同時在遊戲中病人放鬆了對肢體的潛意識幹預，能夠在輕鬆的氛圍中訓練，康復效果會更好。
王彪說，整個設計開發階段，實驗室就成了他們的第二個宿舍，基本上只要不上課，都會泡在那裡。同時，學校的老師也給與了很多指導。
讓康復成本邁進萬元門檻到今年6月份，這套上肢復健儀終於開發成功。它主要分為三個結構：牽引架、自主復健遊戲、肌表電壓傳感器，可用於不同康復階段的上肢復健儀。在復健早期，病人可通過牽引架帶動上肢關節活動。牽引架像一隻手一樣，帶動病人運動，緩解肌肉萎縮、痙攣的症狀。而在自主復健階段，「足球」、「架子鼓」、「手影」等3D實感小遊戲可以幫助病人進行康復訓練。
王彪向記者演示了「足球」遊戲康復的過程：打開計算機上的程序，啟動專用攝像頭，「病人」將需要康復訓練的手放在攝像頭視野範圍內。很快，計算機的屏幕上就出現了另一雙3D模擬出來的手，「病人」的手移動，屏幕上的手也隨之做同樣方向的移動。在遊戲中，足球迎面飛來，「病人」就可以揮動自己的手來驅動屏幕上的手進行撲救，「這種人機互動就跟在操縱一個『阿凡達』一樣。」王彪說，病人通過運動上肢，參與遊戲，使得肌肉群得到充分的恢復性訓練。再通過肌表電壓傳感器，對病人肌肉力量的恢復狀況進行實時評定，有助於增強病人對於康復治療的信心。
王彪說，經濟、適於家用是上肢復健儀的另一大特點。一個病人在醫院康復治療中心進行完一系列的上肢康復訓練，需要上萬甚至十幾萬元，這對於大多數家庭來講，是一筆不小的開銷。而他們所設計的上肢復健儀價位相對低，更具有普及性，「主要成本就在於攝像頭和牽引架，因為屏幕、程序通過普通家用電腦就能實現，整體成本肯定不到1萬元，量產的話還會更低。」王彪說。
今年7月，「上肢復健治療儀」在全國大學生電子設計競賽上亮相，引發關注，最終獲得一等獎。大賽主辦方英特爾公司的IOT物聯網主管湯振宇說，自己有一位因為腿部膝蓋問題進行下肢恢復的親戚，所以他對肢體治療儀有比普通人了解更多。「你們的上肢復健儀比市場上的普通階段性上肢復健儀好很多，像是西藥療程一樣，一步一步的，很連貫。」湯振宇評價道。
如今，王念、王彪、叢義昊都已經是大四年級的學生。因為品學兼優，三人都已經獲得保送研究生的資格，明年秋天將前往其他高校、院所深造。王彪說，「上肢復健儀」的升級完善任務就交給下面的學弟學妹來完成了，「希望他們能有更好的改進，有機會再推向市場。」
本文來源：北京晚報-北晚新視覺網 記者：張航 通訊員高婉雲 文並圖