火炬手楊淑亭（右）佩戴動力外骨骼機器人參加火炬傳遞。新華社發

AI操縱外骨骼，讓輪椅使用者“步行”傳遞火炬；機械手感知電信號，讓天生缺失手臂的殘疾人“隨心而動”……近年來，我國科研院所和科技企業在殘疾人保障事業上不斷發力，取得的一大批先進科技成果，既富“科技感”又有“人情味”。2022年北京冬殘奧會期間，相關技術紛紛“亮相”，在賽事保障、科技助殘等領域大顯身手。

●南方日報記者 王詩堃 泠汐 實習生 馮琦思

外骨骼機器人

讓癱瘓者重新行走

北京冬殘奧會開幕前的火炬傳遞中，幾位“鋼鐵俠”引人關注。

火炬手楊淑亭，曾因車禍導致高位截癱、11年無法直立行走。借助外骨骼機器人，她得以站起來完成火炬接力。

她使用的外骨骼機器人由北航生物醫學工程高精尖中心外骨骼實驗室主任、北航生物與醫學工程學院研究員帥梅率團隊研發，名為“大艾機器人”。該設備依托多關節協調控制中心，突破智能生物感知與仿生步行、人機融合多模式混合控制等關鍵環節，輔助選手步行。

在此次火炬傳遞前，楊淑亭經過5個月的適配訓練，學習掌握了下肢助力外骨骼設備。“每天穿戴外骨骼機器人練習走路很辛苦，但更多的是感到幸福，科技的力量讓我看到站起來的希望。”楊淑亭說。

“AI外骨骼機器人能感知到人行走快慢等主觀意愿，實現機器人輔助與人體行為的自適應。”帥梅介紹。

此外，帥梅還表示，外骨骼機器人可以增強肌肉的剩余力量，激活患者的潛力，從而使他們的身體變得越來越好。

據悉，在此次冬殘奧會火炬匯集和傳遞儀式過程中，穿戴外骨骼機器人的還有曾打破“機器人行走馬拉松世界紀錄”的邵海朋。2018年，他曾穿戴這一骨骼康復機器人用時9天，行走42.22公里，超過全程馬拉松的距離。

值得一提的是，外骨骼設備不僅能幫助殘障人士恢復功能，對于健全人也有大作用。在工業生產中，外骨骼能夠幫助工人提高效率、減少勞損。

此前，國外有外骨骼研發企業測試顯示，穿戴外骨骼的試驗人員可以舉起90公斤的重量，持續8個小時——這種力量僅憑肌肉力量不可能做到。

“制造業和農業等勞動密集型產業一直依賴體力消耗和勞動力。而這些設備將從根本上改變行業的運作方式。”專家表示。

機械手臂

采集肌電信號，假肢“隨心而動”

另一種亮相冬殘奧會的外骨骼設備是“機械手臂”。對于失去部分肢體的殘疾人來說，一只機械手臂，不僅可以起到美觀作用，更可以“隨心而動”，替代原肢體功能。

本屆冬殘奧會火炬手彭園園，在火炬傳遞過程中佩戴了中科院沈陽自動化研究所為其量身定制的“上肢助力外骨骼機器人”。

彭園園是2018年韓國平昌冬殘奧會中國代表團開幕式旗手。先天性右前臂缺失的她，在當時使用左手擎起了國旗；而在今年的火炬傳遞中，火炬手彭園園戴上了機械右臂，用這只“科技手”接過并舉起了火炬。

傳遞過程中，她靈活運用機械手臂揮舞致意，使用自身手臂與其流暢交替火炬。該外骨骼機器人全程穩定抓握火炬，將奧運圣火傳遞給下一棒火炬手。

據介紹，科研人員在上肢助力外骨骼機器人的研制中，突破了人機神經接口相關技術，創新研制了貼合皮膚的多模態信息采集系統，準確解析受試者“意念”，實現了殘肢與該外骨骼機器人間的自然操控。與此同時，還突破了殘肢功能再造技術，實現了外骨骼擬人化設計，確保手臂具備精細操作、負重操作能力。

中科院自動化研究所研究員王衛群介紹，機械臂能夠采集殘肢肌電信號，進而通過電信號強弱與假肢關節運動量的對應關系來控制假肢連續運動。對于殘障人士來說，“意念”控制假肢并不僅僅是安裝即用，還要進行較長時間的訓練。訓練的過程，即是建立肌電信號與假肢關節運動的對應關系。

訓練監控系統

補齊殘疾人肌肉力量短板

清華大學智能與生物機械研究室主任、無障礙發展研究院副院長季林紅和團隊承擔了“科技冬奧”專項“冬殘奧運動員運動表現提升的關鍵技術”攻關課題。

具體來說，就是有針對性地挖掘殘疾人運動潛力，減少二次損傷，幫助其更好地實現夢想。

“殘疾人個體差異較大，即便是同一個項目，不同運動員的生理特點、體能情況、發力方式、動作姿態都千差萬別，需要量身定制‘一人一策’的訓練方案，并配備個性化的訓練器械和輔助器具。”季林紅表示。

例如，習慣單側發力的截肢運動員通常核心肌肉力量不對稱，長此以往會導致肩胛不穩等損傷；輪椅冰壺項目要求運動員精準發力，但部分截癱運動員對冷的知覺不敏感，往往凍傷而不自知；越野滑雪中，運動員采用坐姿或跪姿，必須借助匹配自身關節角度、寬度的滑雪架才能完成比賽，否則極易受傷。“每一處細節都關乎運動員的健康、安全和競技表現，一點都馬虎不得。”季林紅說。

經過反復測試迭代，科研團隊研發出一套數字化監控系統，通過記錄運動員的生理參數、訓練強度、技術動作等信息，建立數據模型，為運動員的動作優化、傷病預防和康復提供保障。

在訓練過程中，季林紅發現，有些運動員會出現腰疼、肩疼的情況，經過研究發現，這種現象并不僅僅是運動損傷，有可能是因為殘疾導致了運動員某些肌肉力量不夠。

“比如單腿截肢，常常一條腿走路，這條腿上的肌肉特別強，而另一側肌肉就很弱，這就是肌力不對稱。”季林紅解釋稱，在日常情況下這沒有問題，但在運動中、能力極端輸出的情況下，就會出現很大的問題。

為了補齊運動員核心肌力不對稱的短板，團隊開始有針對性地訓練運動員。對于缺一側上肢的運動員，為其接上假肢，讓他做俯臥撐，來訓練這一側的肌肉；如果缺少下肢，只用一條腿發力，則接上假肢訓練其用兩側同時發力，這樣，兩側的肌肉都能均勻地發展起來。“肌力不對稱的問題得到解決，運動員的整體運動能力就更強了。”季林紅說。

關鍵詞： 科技發展