电影情节成真？截瘫患者走完全程马拉松！外骨骼机器人是什么“黑科技”

在外骨骼机器人的帮助下，截瘫患者不仅重新感知到双腿的存在，甚至还完成了全程马拉松距离的行走。

北京商报记者丨赵博宇

曾在无数影视作品中出现的外骨骼，正成为让无数瘫痪患者重新行走的“铠甲”。2013年，北京航空航天大学帅梅团队研发出国内首个外骨骼机器人。2016年，大艾机器人宣告成立。经历十多年的深入研发和市场化后，外骨骼机器人这一“黑科技”已从高校实验室走入了广阔的康复市场，并获得中国第一个外骨骼二类创新医疗器械、第一个医疗器械注册证，改变了截瘫、偏瘫、脑瘫等重大恶性疾病几乎无法康复的困境。

在外骨骼机器人的帮助下，截瘫患者不仅重新感知到双腿的存在，甚至还完成了全程马拉松距离的行走。目前，全国已有200—300家医院引入了大艾外骨骼机器人，每台机器每天可帮助约16位病人进行康复训练，大大提升了康复效率。

穿戴外骨骼走完马拉松

在北京市南三环附近，一家并不引人瞩目的康复中心坐落在居民楼之间。康复中心里，摆满了各种型号的“钢铁骨骼”，这些“钢铁骨骼”能帮助脑卒中、偏瘫、截瘫、脑瘫等患者进行下肢行走康复训练。一个周五下午，北京商报记者在这里见到了正在进行康复训练的邵海朋。

2017年，因为一场意外，邵海朋从高空坠落，紧急送医后他被判定为脊髓损伤导致的双下肢截瘫。当时，医生告诉邵海朋的家人，最坏的结果将是：邵海朋终生卧床，恢复好一点的话，或许可以坐轮椅出行。

在邵海朋的讲述中，困在轮椅上只是故事的前半段。一次偶然的机会，邵海朋从康复师处了解到，北京有一家公司研发了最新的外骨骼机器人，能够帮助截瘫患者康复。这家公司正在招募临床试验志愿者。抱着试试看的心态，邵海朋来到了北京。在机器的加持下，不到一个月的时间，邵海朋下半身失去的感知开始慢慢回来了，他开始能感受到大腿肌肉的收缩。

看到希望的邵海朋，在实验结束后再次联系了这家名为大艾机器人的外骨骼机器人公司，并开启了当时还鲜有人尝试的外骨骼康复训练。7年后的今天，借助外骨骼机器人技术，邵海朋已经可以依靠自己发力独立行走。

目前，邵海朋每周保持五天的训练频次。得益于长期使用外骨骼机器人进行康复，邵海朋双腿的肌肉萎缩程度很低。他对双腿失去的感知也在慢慢恢复。“从大腿，再到膝盖，现在感受到自己的脚踝也是存在的。”邵海朋告诉北京商报记者。

2018年，邵海朋还穿戴外骨骼机器人走完了全程马拉松，总计用时9天、净用时26小时的成绩还获得了第一名，并打破了国外15天走完机器人行走马拉松的世界纪录。

像邵海朋一样，借助外骨骼技术重新开始行走的偏瘫、截瘫患者已经越来越多。北京航空航天大学教授、大艾机器人创始人兼董事长帅梅告诉北京商报记者，作为国内最早一批关注外骨骼领域的科创企业，大艾机器人的外骨骼机器人产品已应用至全国的200—300家医院。以北京为例，目前已有超40家医院配备了大艾外骨骼机器人作为康复设备。

帅梅表示，外骨骼机器人的出现，不仅让患者重新行走，还提升了现有的康复效率。以一家医院采购两台外骨骼机器人康复设备来计算，每天每台设备至少可帮助16—17位病人进行康复训练，与当前以康复师为主的康复模式相比，大大提升了效率和疗效。

“医工结合”的代表

从外骨骼领域的研究历史来看，国外的研发开端要早于国内近十年。全世界第一台可直立行走的外骨骼机器人于2000年诞生在瑞士。彼时，国内对外骨骼领域的研究几近于零。2010年，在北京航空航天大学任教的帅梅开始投入对外骨骼机器人的研究。

据帅梅介绍，在研究外骨骼机器人前，她的研究方向为人形机器人。但在当时，人形机器人的应用落地场景还十分遥远。由此，帅梅和团队将研究方向转向了能在康复领域应用的下肢外骨骼机器人。

据了解，外骨骼是在人类本身的骨骼之外，用外部动力源驱动的另外一副骨骼。在带动人行走时，需要让外骨骼达到仿人效果，由此，通过步态算法模拟康复步态成了研发中最核心的技术。

帅梅称，从组成结构来看，外骨骼实际上是金属结构产品，灵活度并不高。当其作用在人身上时，自由度难以模拟真人效果。正常人每一条腿基本上有6个自由度，两个下肢再加上腰背结合，至少有15个左右的自由度。如果在外骨骼机器人上实现这么多自由度，过高的成本和器械复杂性，都将让外骨骼机器人失去作为医疗产品的实际应用场景。

看到这一实际情况，帅梅及团队在研发过程中对原本构想中的外骨骼机器人做了简化，将重点放在了髋关节和膝关节上，通过进行两个绕水平面的旋转运动，控制抬腿及落地姿态，即行走姿态。同时通过建立下肢肌肉—骨骼仿生机器人的动力学模型，实现基于力、位置混合柔顺控制的下肢外骨骼机器人稳定行走控制。

此外，由于金属结构的外骨骼产品重量较大，用户在使用外骨骼机器人时还存在一定难度和二次损伤风险。如何实现良好的人机交互也成了需要攻克的难点。为解决这一问题，帅梅尝试将人形机器人领域的相关技术融入外骨骼机器人，并与医院展开共同实验。

2013年，帅梅团队研制出第一代外骨骼机器人。2016年，大艾机器人正式成立。发展到今天，大艾机器人已开发出六个系列、十余款外骨骼机器人产品。曾经在高校实验室里才能见到的“钢铁骨骼”走向了市场。

作为“医工结合”的代表产品，外骨骼机器人的研发并非一劳永逸，还需在市场检验下开展进一步探索。在实际应用时，为让外骨骼机器人适用于更多病症、更长病程，大艾机器人在腰髋部位加了一个安全的平衡移动台架，提高产品在临床应用中的安全行走性、平衡性、移动性以及康复疗效，这一设计为全球原创。

在成本上，由于外骨骼机器人材料成本较高，且需要精准匹配病人，医疗版外骨骼机器人的价格动辄百万元，并不适合家用。为降低成本，满足个人需要，大艾机器人近年也开始研发个人版外骨骼机器人。目前，大艾机器人已上市的个人版产品价格从2万多元至16万元不等。按用途划分，这些外骨骼机器人可应用于日常康复和精细化康复。

低价化、轻量化、AI化

尽管国产外骨骼机器人起步较晚，但这一领域面向的，却是近两千万的肢残人口和日益增长的老龄化群体，需求缺口较大。国家统计局数据显示，截至2023年，我国肢体残疾人口总数为1735.5万人。多数肢残人不能行走、不能站立、长期卧床。外骨骼机器人技术的出现，对他们来说，是能拥有一次重新行走的机会。

作为从一开始就使用外骨骼机器人进行康复的先行者，邵海朋形容自己“幸运”。2017年摔伤住进病房时，他认识了不少与他情况类似的截瘫病友。有的病友至今依旧只能坐在轮椅上行动，肌肉也已经萎缩。

在帅梅看来，外骨骼机器人技术对康复领域的意义不仅是实现了从0到1的跨越，也有从1到100的飞跃。在外骨骼机器人出现前，不少疑难重症的偏瘫患者在医院里通过传统康复方式训练多年，但收效甚微。而在使用外骨骼机器人介入训练后，不少患者仅需6—9个月左右的时间，便可实现在机器辅助下的独立行走，并能保持正确步态，不会出现行走能力的回退。

北京商报记者注意到，为减轻患者康复的经济压力，使用外骨骼机器人的康复训练项目已被纳入北京医保甲类。

谈及下一步的技术创新及产品研发，帅梅将目光放在了更加普惠和智能化的个人版外骨骼产品上。很多用户在大艾的康复中心进行训练后，都萌生了将产品带回家的念头。对此，她希望能在对产品进行进一步创新的基础上，进一步实现产品的低价化、轻量化和AI化。

帅梅称，目前，外骨骼机器人通常较为沉重，限制了其在日常环境中的应用。除技术外，未来的发展将聚焦于材料和设计的革新，减轻重量并提高设备便携性。同时，通过模块化设计实现部件的快速组装与拆卸，方便患者携带和使用。

而随着当前人工智能和机器学习技术的不断进步，外骨骼机器人还将朝着更加智能化的方向发展。新产品将能够实时关注监测穿戴者的运动状态和康复进度，自动调整助力策略，适应患者在康复过程中的功能变化。具备AI自我学习能力的外骨骼，还将能更好地辅助不同类型和程度的脊髓损伤或脑损伤患者。

目前，大艾机器人已推出新一代AI外骨骼机器人产品。通过AI“具身智能技术”，机器人能精准感知到穿戴者的运动意图和步行情况。同时，这一代产品相比之前也更加轻便。

在帅梅看来，未来，AI外骨骼机器人在医疗康复、老年护理以及大健康领域具有巨大的应用潜力。随着技术的成熟和市场的认可，外骨骼机器人不仅能够显著改善下肢残障人士的生活质量，还能够为康复专业人员提供有效的治疗工具。

通过外骨骼机器人技术让更多人重新行走，这是大艾机器人和帅梅的下一步目标。已经重新行走起来的邵海朋，也给自己定下了未来的计划：他希望能制作一辆助力脚踏车，经由新贯通的三条国道，边看风景，边沿着中国版图走一圈。