“軟機器人”將可幫癱瘓者重新站起來走路

11月25日消息，據衞報報道，美國哈佛大學的康納·沃爾什（Conor Walsh）實驗室並非常見的研究中心，這裏沒有台式離心機、可清除有毒氣體的通風廚、燒杯或鉗鍋、試管架等，只有幾台筆記本電腦以及各種各樣的衣服。在實驗室一側，站着許多穿着T恤和黑色跑褲的模特，它們後面則堆放着運動衫和跑鞋。在另一個架子上，放着被仔細摺疊的短褲和綁腿，上面還標記着不同的號碼。在我最近訪問這裏時，一名學生正在長褲上縫補丁。

如果是走在街上，你可能以為自己進了高檔體育用品店。但這不是耐克的大學，而是哈佛大學的生物設計實驗室。這裏有許多令人矚目的研究項目，它們的目標是徹底改變“軟機器人”科學。在這個過程中，也能改變中風患者的命運，幫助他們再次行走。實驗室負責人沃爾什説：“從本質上説，我們正在研究能夠為遭受移動障礙的人提供力量的衣服，幫助他們恢復移動能力。”

不久前，在洛杉磯的儀式上，35歲的沃爾什獲得勞力士雄才偉略大獎(Rolex Awards for Enterprise)。他計劃利用10萬瑞士法郎的獎金擴展“軟機器人”研究，將其製造成套裝，以增強工人和士兵的負重能力。同時，這些機器人套裝還可被用於醫療領域，包括幫助照顧患有帕金森病、腦性癱瘓以及其他影響移動能力疾病的病人。

沃爾什畢業於都柏林三一學院製造與機械工程專業。早在學生時代，他就曾讀過美國正開發外骨骼幫助增強人類負重能力的報道，並對機器人產生痴迷。實際上，外骨骼就是類似機器人的堅硬外殼，可以將使用者包裹住，增強移動能力，比如《鋼鐵俠》中羅伯特·唐尼（Robert Downey Jr）所穿的鋼鐵套裝或《異形》中西格妮·韋弗(Sigourney Weaver)所用的動力骨骼等。

沃爾什表示：“我認為它們看起來非常酷！”為此，沃爾什申請進入麻省理工學院深造，隨着生物力學專家休·黑爾（Hugh Herr）學習。但是當沃爾什開始接觸僵硬的外骨骼時，他發現對其感到很不滿意。他説：“這就像裝甲變成了機器人套裝，但它同樣堅硬、沉重，令人感到不舒服，而且並非總能隨人類而動。”

為此，當沃爾什來到哈佛大學時，他成立了生物設計實驗室，決定利用不同的方式解決這個問題。他説：“我立即發現，如果你使用更軟的套裝，可以支持你採取正確行動。此外，它穿起來更舒服，而且不會困擾到你。它具有巨大的生物醫學應用價值。我開始想象：我們能夠製作出可穿戴的軟機器人嗎？”

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·霍爾特（Ken Holt）等人的幫助下，他們利用電子學、機械工程學、材料學以及神經學等知識，設計和製造出可幫助行走的巧妙設備：軟外骨骼套裝。實際上，它就是用特製的布料裹住某人的腿部肌肉。然後利用自行車剎車線製作成滑輪將其與綁腿相連，另一端則與病人背上的電源揹包線纜相連。當穿戴着抬腳邁步時，電源包就會拉動纜線，從而幫助抬腿。當雙腳交替行走時，另一條連接在鞋頭的纜線就會拉緊，從而幫助抬起另一隻腳，以便於其不會拖在地面上。

利用這種方法，無法再控制自己肌肉的人的情況就可以得到緩解。他們可以抬腿，重要的是保持腳趾向下，以便於不會被絆倒在地。簡言之，他們可以再次恢復行走。沃爾什説：“在設計機器人設備時，設計關節非常重要。而我們的設備只有1個關節，非常容易控制。此外，我們儘量使用輕質材料，設備也更容易穿戴。”

最初，用於幫助穿戴者抬腿的滑輪使用手推車類似設備。沃爾什等人不斷對其改進，減少電源包體積，令其穿起來更舒服。這套套裝重約4.5公斤，沃爾什希望將來能夠進一步減重。此外，電源包還配有IMU，用於分析腳部運動產生的力量，隨之提高或降低剎車線滑輪。這些傳感器必須以毫秒級的精確度工作。

測試已經取得成功，中風患者穿戴軟外骨骼套裝在跑步機上行走時，情況得到明顯改善。適應套裝後，他們不再緊緊抓着離合器和扶手，動作也越來越快，越來越自信。沃爾什説：“我們並非説這套套裝是移動障礙的唯一解決方案，還有各種各樣的硬外骨骼套裝適用於完全癱瘓的人。但是對於病情不嚴重的人來説，軟機器人套裝是更好的選擇。”

每年，僅在英國就有11萬人患上中風，儘管大多數人能夠倖存下來，但中風已經成為僅次於心臟病和癌症的第三大殺手。許多中風患者往往會遠離社交活動，更喜歡待在家裏，也不願意鍛鍊。沃爾什等人希望他們的研究能夠改善這種情況。

中風患者無需時刻穿着軟外骨骼套裝，而是當他們需要離家外出時才穿上。這款設備也可用於理療，幫助患者恢復行走能力。隨着時間發展，沃爾什及其團隊希望能在3年內將原型產品推向市場。軟外骨骼套裝不僅可幫助中風患者，還能幫助腦癱、老年痴呆症、多發性硬化症、帕金森病等患者。沃爾森説：“當肌肉無法產生足夠支持人類行走的力量時，可穿戴的軟機器人可以幫助他們。”（小小）