登上“奥运会”最高领奖台的中国“钢铁侠”
徐敏在赛场上操纵假肢拧灯泡。
■本报记者王一鸣
不久前，在瑞士苏黎世，一位胸前印着中国国旗的女士正在熟练地操控自己的机械右臂，飞快地拧灯泡、转钥匙、提重物、穿衣晾衣……这一幕并非出现在科幻电影中的赛博世界，而是第三届全球辅助技术奥运会（又称“半机械人仿生奥运会”）上的比赛场景。
这位女“钢铁侠”名叫徐敏，1992年她在电扇厂工作时被冲床压断了右小臂，不幸截肢。此后的日子里，她做过房产中介，开过超市、饭店……埋头于生活的徐敏，从未想过有一天还能再次操纵自己的“右臂”，甚至在国际赛场上比拼。
然而，一群年轻人却将这一切带到她眼前。这群年轻人大多来自东南大学机器人传感与控制技术研究所教授宋爱国门下。在苏黎世，他们组成的团队经过两天三轮的比赛，攻克了一个个人机交融难题，最终以90分的优异成绩，斩获“上肢义肢”组世界冠军，创造了中国科研团队在这项全球顶级科技助残赛事中的最好成绩。
“我们就是奔着前三去的”
全球辅助技术奥运会由瑞士苏黎世联邦理工学院于2016年创立，是一项专为残障人士与先进科技辅助设备结合而办的国际性赛事。该项赛事总决赛每4年举办一次，其间会举办年度挑战赛。但总决赛技术难度更大，竞争也更加激烈，本届更是吸引了来自26个国家的76支队伍参加角逐。
作为团队领队，宋爱国门下的博士、中国科学院苏州生物医学工程技术研究所（以下简称中国科学院苏州医工所）青年博士后胡旭晖告诉《中国科学报》，研发团队对于这次比赛做了充足的准备。
总决赛开始前，该团队曾参加过两次年度挑战赛，分别摘得第一名和第三名。今年9月，胡旭晖借欧洲学术交流的机会，带着样机提前来到参赛地“踩点”测试。“踩点时，我们发现，像拉拉链这样的小任务，赛事的要求与我们在国内的训练不太一样，当时还有点儿慌。”回忆起备赛时期，胡旭晖还能想起那种紧张。虽然距离比赛剩余时间不多，但他依然想把握最后调整的机会。“我们及时调整了设备，一切还在掌控之中。”
在胡旭晖心中，参加4年一次的总决赛是给自己的博士课题研究画上一个圆满的句号。为了这个“句号”，他从研究生阶段就开始不懈追逐。
2016年，刚刚读研的胡旭晖加入了宋爱国团队，参与假肢项目。但他很快意识到，在硕士生阶段难以完成自己的项目。抱着“把它做得圆满一点”的想法，他决定继续读博。也正是读博期间，胡旭晖和徐敏在苏州残联的帮助下彼此认识了，从此成为了长期合作的伙伴。
2022年，临近博士毕业的胡旭晖向导师提出参加全球辅助技术奥运会。
初出茅庐便进军国际顶级赛事，胡旭晖并非完全没有底气。而这份底气的重要来源，则是自己导师团队的强大技术支撑。
据介绍，自2007年起，宋爱国团队就开始从事肌电假肢相关研究，曾在国内多项假肢赛事中取得优异成绩。早在2018年，在一次由宋爱国主持的项目报告会上，多位专家就鼓励团队挑战这项全球助残技术的顶级赛事，胡旭晖则在2020年开始熟悉赛事规则。直到2022年，胡旭晖的参赛想法得到了导师的全力支持。
这份支持给了胡旭晖十足的信心。即便不久之后，他就博士毕业，进入中国科学院苏州医工所工作，但仍与导师密切协作、合力备赛。
2023年，胡旭晖开始参加年度挑战赛，通过不断调整优化假肢功能、分析国外队伍比赛录像、与徐敏紧密沟通，稳步提升技术水平。“我认为我们的技术足够好，加上徐敏的心理素质和配合程度也很高，所以是奔着前三去的。”
就这样，胸前印着中国国旗的“钢铁侠”队伍不但实现了“奔着前三去”的目标，还站上了最高领奖台。他们的比赛视频在网络上引发了热议和关注，网友惊叹：“我们已经从碳基生命进化到硅基生命了吗？”
从航天机械臂到民用假肢
这项让网友惊叹的“黑科技”的最初灵感，来自宋爱国的一个“大胆”想法。
1993年，宋爱国参与了应用于我国载人航天、探月工程的空间应用临场感机器人技术研究。随着科研的不断深入，他开始思考能否将这些技术应用到民用的假肢机械臂中。
“因为两者的核心技术是相通的，都是围绕力感知、力反馈、力控制及人的运动意图识别，但在不同场景需要解决一些特定的问题。”宋爱国说。
7年后，他将核心技术首次应用到医疗机器人领域，并研制出全球首台人工智能放射性粒子介入机器人。又过了7年，他将技术再次拓展到民用假肢领域。
然而，要打造一款真正完美的假肢并非易事。正如宋爱国所说，相比深海或太空机械臂，民用假肢的体积更小，而为了辅助残障人士实现复杂动作，假肢机械臂还要更像“人”。
他解释说，人体在做出某个动作之前，会先由大脑感知环境产生脑电波，通过脊髓传递肌电信号控制肌肉完成动作。然而在截肢后，残障人士的肌电信号会有所不同。因此，假肢对肌电意图的识别要非常灵敏、准确，从而使动作流畅、自然。
十几年来，宋爱国将做出更像“人”的假肢机械臂作为研究目标，并于2009年和2012年带领团队先后做出两代假肢产品。“目前市面上60%的上肢假肢产品都是我们的第二代产品。”宋爱国说。在此之后，他们又于2019年推出了带有语音交互功能的第三代产品。2020年，他们还为“排雷英雄”杜富国研制了新型力触觉感知智能肌电假肢。
至于在此次“奥运会”上表现突出的假肢机械臂，应用的已经是第五代产品的技术了。“我对自己的技术很有信心，对学生也很有信心。”宋爱国说。
“血肉苦弱，机械飞升”
“血肉苦弱，机械飞升”。
这是网友在评论比赛视频时的一种科幻叙事，形容人类通过技术突破了肉体局限，向更强大的机械形态进化的未来愿景。对此联想，宋爱国坦言机械手臂虽然在某些方面超越了人类，但距离人手的真正灵活性和高度感知还存在显著差距。
在残障群体中，上肢假肢的弃用率较高，原因就在于有些使用者觉得“多花时间去适应它，不如用一只手方便”。
谈及机械手臂的未来，宋爱国表示，他们目前在研究柔性假肢及更精细的感知功能，试图加入人造皮肤，使假肢的触感更接近真实的手臂。通过比赛，胡旭晖从其他团队的作品中汲取了灵感，看到了研制仿生手臂的多种实践可能。
宋爱国坦言，国内假肢研发领域仍存在许多实际问题，人才储备不足便是其中一个需要注意的问题。作为典型的交叉学科，假肢研发需要康复医学、仿生学、人工智能、计算机等多个领域的融合。“近几年，国内开始重视培养这样的复合型人才。”
受访期间，宋爱国准备去青岛参加康复大学的学术活动，与同行交流学习更多关于康复设备、假肢、医疗机器人等领域的最新进展。他期待在国内看到更多年轻人才投身这一事业。
作为“年轻人”中的一员，回忆起自己的科研初衷，胡旭晖说：“当时宋老师给我这个课题方向时，我觉得特别科幻，而且还能帮助更多人，很有意义。”
如今，他们不仅站在世界最高舞台证明了自己，也将“科幻梦”融入我们的现实世界，为更多有需要的人带去希望和改变。