日本應該是世界機器人技術和產業最先進的國家,但日本也是老齡化最嚴重的國家。面對著老齡化,少子化造成的勞動力緊缺,日本將機器人技術發揮到一個更高的層次,通過腦電波控制的外骨骼裝置幫助老年人和殘疾人再次動起來。那它是怎麼做到的呢?
讓癱瘓的人再次走起來
克裡斯騰.索倫森55歲那年不幸胸部以下癱瘓了。
「一切都太突然」,索倫森回憶,「我一直都挺好的,每天都運動,但某天我的手指尖開始有些刺痛感,然後就變得越來越嚴重。」
2018年10月她被確診患上了吉蘭巴雷症候群,這是一種罕見病,會影響人體神經系統。她從沒想過自己能再走起來。
但就在那年年初,佛羅裡達州傑克森維爾的布魯克斯網絡技術治療中心,成為美國首家使用一項日本獨特技術的醫院。這就是:混合輔助肢體(HAL)
(HAL)本質上是一個可穿戴機械骨骼裝置,用來幫助脊柱受傷和肌營養不良症的人,重新獲得行動能力並加強他們的神經系統和肌肉功能。被稱為外骨骼的套裝,關節由小型電動馬達驅動,起到機械肌肉的作用。
真正讓人大開眼界的是:病人能通過腦電波來控制外骨骼套裝。
當索倫森聽說日本機器人專家:三階教授,發明了腦電波控制的外骨骼套裝之後,下決心要試一試。她要在12月份女兒的婚禮上走起來。
但受益的不僅是殘疾或受傷的人能走起來。據世界衛生組織統計,到2050年我們將會有超過20億的60歲以上老年人。腦電波控制的外骨骼套裝能幫助世界上那些因為衰老而無法走路的老年人重新邁開腳步。
由於市場潛力如此巨大,據調查公司Market & Market的計算,到2023年,全球醫用外骨骼套裝的估值在28億美元左右。
腦電波將主動權還給人類
當索倫森第一次嘗試混合輔助肢體即醫用外骨骼套裝的時候,她幾乎不可能在平地上移動。
一名在布魯克斯中心受訓的理療師幫她穿上套裝,並連接上能採集到皮膚表面微弱生物電信號的傳感器,它能傳達病人的行動意圖。一旦外骨骼套裝收到這些信號,就能使人動起來。
但你不能指望一穿上這個套裝就能跑起來。康復需要時間、決心以及理療師的幫助。穿著套裝在跑步機上訓練的同時,你還需要能夠支撐體重並保持身體直立的背帶。在訓練的時候,理療師會記錄病人的運動以及套裝所選取模式的信息:從行走到小跑。他們能監控使用者的動作並相應調節設置,以使動作變得更自然。
索倫森回憶,剛開始使用套裝的時候,她感覺大部分時候,是外骨骼通過幫助引導肌肉做出模仿自然行走來完成小腿動作的。但漸漸地,她感到自己好像成了駕駛員,能掌握主動權了。
她說:「經過幾次嘗試之後,你的大腦終於與骨骼套裝建立連接,之後我就看到自己能移動腳了。那種感覺真的難以置信!」
根據套裝的研製者三階教授介紹,比索倫森情況要輕一些的患者通常需要2-10次使用來適應套裝,讓傳感器和大腦建立穩定的連接。但在進行了將近40次,每次時長一到一個半小時左右的訓練後,索倫森就能站起來了,儘管還要學步車的協助。
目前,日本這套外骨骼裝置正在日本、菲律賓、德國以及波蘭幫助病人重建他們的肌肉運動功能。
一個孩子的機器人夢
發明混合輔助肢體 - HAL的日本機器人專家三階教授,於2004年創立了Cyberdyne公司,旨在製造能將人體、機器和信息完美融合的可穿戴外骨骼套裝。
三階的公司名字可能會讓人想起美國科幻大片《終結者》中製造邪惡機器人的Cyberdyne Technologies,但這位日本機器人專家希望創造的技術不是為了戰爭,而是為了和平與復原。
上世紀60年代當三階還只是一個九歲男孩的時候,他讀了由Isaac Asimov所寫的科幻小說《我,機器人》,並開始痴迷於用科技造福人類的理想。在筑波大學期間,他選擇了工程專業。1998年,三階製作了自己的第一款,也是世界第一款混合輔助肢體原型機。之後幾十年,他不斷改進,直至成為我們今天看到的順滑,輕便的樣子。
之前我們了解的多種機器人助力技術都集中在軍事用途。但今天混合輔助肢體是另一波研究浪潮的一部分。這些研究聚焦於使用外骨骼技術來治療疾病或為穿戴者提供支持。比如,2014年,哈佛大學的研究者展示了一款很像HAL的軟體外骨骼裝置。還有汽車製造商福特,正在用外骨骼裝置來減輕生產線工人的疲勞。HAL也有超越醫療領域的潛力,從救援、助力、勞動密集型工廠到娛樂產業和老年人護理等領域。
三階說,「如今,日本工人的平均年齡越來越大,所以這些技術可以幫助他們,並逐漸提高老年人的身體功能,使他們能夠保持獨立。」
接下來,三階教授和他的團隊將繼續收集治療數據,以更好地改進現有裝備。三階的目標是研製出能夠更長時間維持和提高人類健康的醫療設備。
2005年版的HAL
三階現在很高興看到老年人和嚴重殘疾的人能重獲獨立行動的能力。索倫森也是這樣。
她說,「當我在布魯克斯中心使用HAL進行康復鍛鍊的時候,看到那裡有來自全國各地的人也在藉助它進行康復。我希望更多的人用上這樣的裝備。」