?David Zabala是家在墨西哥城南部一個普通家庭中的孩子。

今年8歲的他因為患有腦癱仍然需要借助輪椅才能相對自由地行動。

但最近，在外機械骨骼的幫助下，他終于用自己的雙腿邁出了第一步：

“起初這個東西會嚇到他，他的手在十分緊張地顫抖，”David的母親、現(xiàn)年41歲的Guadalupe Cardoso感慨道，“但隨后我看到他的腳變得更有力量，走路也有進(jìn)步。他現(xiàn)在對走路很感興趣，他邁出了第一步。這對他來說是一種快樂”。

據(jù)了解，David使用的外骨骼設(shè)備是全新的Atlas 2030，專門為3至14歲兒童設(shè)計。

穿著Atlas 2030時，David現(xiàn)在能自主做一些活動，比如玩球和畫畫。這些都是他此前無法想象的。

該設(shè)備也作為一種治療方法的一部分開始投入使用。研究表明，讓癱瘓兒童有機會走路“不僅可以延長他們的壽命，增強他們的身體健康，還可以提高他們的自尊心”。

墨西哥腦癱患者協(xié)會主任表示，該設(shè)備能夠“在創(chuàng)紀(jì)錄的時間內(nèi)實現(xiàn)康復(fù)目標(biāo)”，相較于傳統(tǒng)療法動輒幾個月的時間成本有了不少進(jìn)步。

Atlas 2030由Elena García Armada設(shè)計，她還因此獲得了2022年歐洲發(fā)明家獎。

世界上第一個基于兒童的適應(yīng)性機器人外骨骼

全世界還有約1700萬兒童面臨與David相同的情況。

因腦癱等原因不得不借助輪椅行動的兒童通常會受到軀干肌肉退化和脊柱畸形的困擾，這些問題會進(jìn)一步影響他們的肺和心臟，從而降低他們的壽命和生活質(zhì)量。

雖然1960年代以來成人外骨骼就已經(jīng)開始發(fā)展，但針對成長中兒童的輕量級適應(yīng)性設(shè)備仍然有待開發(fā)和完善。

在與一位癱瘓兒童會見后，馬德里西班牙國家研究委員會(CSIC)的機器人專家Elena García Armada把研究重心從重工業(yè)外骨骼轉(zhuǎn)向了兒科外骨骼上。

在10年間，Armada開發(fā)了一種電池供電的可穿戴設(shè)備，能供電2.5小時，可以隨著不同穿著者的健康狀況的變化進(jìn)行不同程度的適應(yīng)。

據(jù)了解，該設(shè)備能夠在8分鐘內(nèi)安裝好，主要將“關(guān)節(jié)”纏繞在孩子們的腿和腰部，連接到輪子上的結(jié)構(gòu)以增加支撐，根據(jù)穿著者的肌肉力量調(diào)整硬度。同時這款機器人外骨骼設(shè)備能支持延遲的情況，有時甚至可以預(yù)防因行動不便而導(dǎo)致的醫(yī)療并發(fā)癥。

根據(jù)歐洲專利局的說法，這是“世界上第一個基于兒童的適應(yīng)性機器人外骨骼”。

Atlas輔助改善效果明顯

在一篇名為Effects of ATLAS 2030 gait exoskeleton on strength and range of motion in children with spinal muscular atrophy II: a case series的論文中，我們可以看到更多關(guān)于Atlas 2030的設(shè)計細(xì)節(jié)。

論文鏈接：

https://jneuroengrehab.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12984-022-01055-x

Atlas 2030有兩種工作模式。在自動模式下，設(shè)備遵循基于佩戴者的運動學(xué)步態(tài)模式，以設(shè)定的速度協(xié)助行走；在主動輔助模式下，設(shè)備通過檢測病人的運動意圖，協(xié)助補足所需行動的剩余力量。這種行動動機是放置在設(shè)備電機上的力傳感器檢測出來的。此外，外骨骼還能協(xié)助佩戴者從坐姿切換成站姿的相關(guān)運動。

所有這些功能都是通過一個運行在平板電腦上的應(yīng)用程序控制的，該應(yīng)用程序與外骨骼本身提供的Wi-Fi連接相連接。

設(shè)備的控制結(jié)構(gòu)分為兩個相互連接的系統(tǒng)。主控制器通過從用戶那里收到的信息生成一個合成軌跡。高級控制器基于一個實時處理器，它根據(jù)應(yīng)用程序中配置的參數(shù)計算反運動學(xué)，然后將每個關(guān)節(jié)的角度軌跡發(fā)送到電機低級控制器。低級控制系統(tǒng)接收所需的位置，并與每個關(guān)節(jié)測量的位置閉環(huán)。

從針對3位使用者進(jìn)行的外骨骼佩戴實驗來看，在實驗結(jié)束時所有測量值與初始狀態(tài)相比都有所提高，其中髖關(guān)節(jié)屈伸運動和膝關(guān)節(jié)屈伸方面改善最為明顯；而在前五次外骨骼訓(xùn)練中，膝關(guān)節(jié)伸展和踝關(guān)節(jié)背屈的改善最為顯著。

根據(jù)論文調(diào)查，Atals 2030外骨骼設(shè)備對兒童的下肢力量改善有很好的治療效果，這項研究也可以作為未來Atlas 2030以兒童康復(fù)的一部分進(jìn)行臨床整合的初步支持。

相信隨著后續(xù)技術(shù)的不斷跟進(jìn)和研發(fā)，越來越多的兒童能夠重新站起來，重新認(rèn)識這個世界。

相關(guān)報道：

https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-11342177/Boy-8-stricken-cerebral-palsy-takes-steps-thanks-new-exoskeleton.html

https://www.france24.com/en/live-news/20221020-robotic-suit-gives-paralyzed-children-gift-of-walking

https://futurism.com/the-byte/cerebral-palsy-walks-robotic-exoskeleton