大艾外骨骼机器人帮助更多患者重新“站起来”
在刚刚过去的2022年北京冬残奥会火种汇集暨火炬传递起跑仪式中，一位截瘫患者火炬手身穿下肢助力外骨骼机器人走完全程，他便是曾打破机器人行走马拉松世界纪录的邵海朋，而他所穿戴的外骨骼机器人正是由北京航空航天大学研制的创新转化成果——大艾外骨骼机器人。“该设备依托多关节协调控制中心，突破智能生物感知与仿生步行、人机融合多模式混合控制等关键环节，辅助选手步行。”北京航空航天大学生物医学工程高精尖中心外骨骼实验室主任、北航生物与医学工程学院研究员帅梅介绍。
近年来，大艾机器人深化仿生行走传动系统设计，突破技术瓶颈，不断加速外骨骼机器人的规模化应用，累计治疗患者超万例，训练超百万人次，已帮助多达数百位截瘫患者重新站起来行走。
持续突破 让难点成为竞争力
每年我国脑损伤、脊髓损伤新发患者达200多万，巨大数量的截瘫和偏瘫患者希望通过康复训练治疗尽快拥有高质量的生活。以脑卒中为例，如果接受康复训练，90%的脑卒中患者能够重新行走、自理生活，不接受康复的患者只有6%能做到生活自理。对于医院来说，每年接待这类患者的压力也变得愈加沉重，我国目前亟需康复技术人员约35万人，但实际从事康复工作的专业人员还不到2万人。
从市场需求来说，增加康复机器人来协助康复师进行康复训练是解决这类技术人员供需矛盾最可行的举措之一。对失去行走能力的人来说，站立和行走成了他们今后人生遥不可及的梦想。“这一点正常人无法体会，当行走变成一件奢侈的事，那么下肢外骨骼就成了下肢运动功能障碍的人群不可或缺的康复、助行工具了。”帅梅表示，我在校园里经常见到一些退休教师、教授行走不便，再加上我自己的母亲腿脚也不好，站立和行走都不方便，从而开始关注这一群体，想研发一款设备帮助行走困难的老年人重新站立和行走。
2010年，帅梅开始研究外骨骼机器人。刚开始，国内相关核心技术一片空白，帅梅带领团队几乎是从零做起，经过6年时间的研发，团队不断取得突破。2016年，帅梅创立大艾机器人公司，从那时起，帅梅一边在北航任教，一边创业，将研发成果产业化，并在这条路上实现了不断创新、不断突破。
帅梅认为，外骨骼康复机器人的研发并不是某一学科的“单兵作战”，还需机械、软件、生命科学等学科的高度配合，6年的技术沉淀与技术攻关成果，也成了大艾机器人最重要的竞争力之一。通过研发团队的不断努力，大艾外骨骼康复机器人成为科技部“十二五”支撑计划、国家自然科学基金、北京市重大科技计划的成果转化项目，并于2018年6月获得CFDA注册证，成为中国第一个获得医疗器械注册证的外骨骼机器人。
如今，这一设备已在包括北京协和医院、解放军总医院、江苏省人民医院等在内的全国100多家医院投入使用，治疗康复了近万名下肢运动功能障碍患者，成功让高校研发走出实验室，开辟了科技成果产业化的道路。
勇于创新 以自主技术展现中国力量
邵海朋穿戴外骨骼机器人参与火炬传递起跑仪式的视频，引发了社会广泛关注。而他与大艾机器人结缘于2017年，作为临床试验志愿者，他从那时开始接触外骨骼机器人。那年，邵海朋因高空坠落导致截瘫，双腿失去行走功能，只能借助轮椅出行，通过3个月的外骨骼机器人辅助康复训练，他站了起来，还可以短暂行走。这让他看到了希望，从此，他便一直坚持到大艾机器人公司进行训练。
2018年，邵海朋参加“科技助残”穿越“一带一路”机器人行走马拉松公益挑战赛，以总用时9天、净用时26小时的成绩穿戴机器人走完全程马拉松，获得第一名，打破了国外15天走完机器人行走马拉松的世界纪录。
打破纪录的背后，是艰辛的技术创新攻关。仿生行走在机器人研发领域一直是难度极高的挑战，外骨骼机器人的研发涉及工程设计、人体力学、运动学、智能算法等多项核心技术，依托在清华从事博士后研究时的仿生机器人研发经验，帅梅带领“北航生物医学工程高精尖中心”团队投入到夜以继日的研发设计中。2013年，第一台原型机诞生了。此后的4年间，研发团队又结合临床需求和试验，不断改善产品功能。2017年5月，全球创新创业大赛首次落地中国，帅梅带着她的“大艾外骨骼机器人”参与赛事角逐，初赛便从2万多项目中脱颖而出，直接杀进42强，接着又以第一名成绩晋级12强，顺利入围总决赛。“这款能帮助截瘫患者重新站立行走的机器人，实在是太厉害了。”总决赛现场，300位评委一致为它亮出了绿灯，大艾机器人夺得龙门创将中国赛区总冠军。
人们称“大艾”是中国机器人“梦之队”。2017年12月，帅梅再率“梦之队”前往英国参加全球创业总决赛，同样过关斩将，将亚军收入囊中。要想让机器人像人类一样行走，即使在科技发达的今天，这也是世界性难题，大赛创办人、英国安德鲁王子当场为她点赞。赛后，帅梅表示：“我们就是要用手中掌握的核心技术造福人类，帮助更多下肢运动功能障碍患者重走人生路。”
优化改善 普惠科技让生活更美好
据帅梅介绍，AI外骨骼机器人能感知人行走快慢等主观意愿，实现机器人辅助与人体行为，包括上下楼梯、上下坡等复杂动作的自适应；还可以增强肌肉的剩余力量，激活患者的潜力，从而使他们的身体变得越来越好。帅梅表示，她最大的愿望是，患者通过不断的康复训练，能够脱去外骨骼机器人的辅助，最终实现自我行走。大艾机器人还提供一整套数字化康复智能体系，使患者的康复过程更有效、更全面。“外骨骼机器人同步软件配套系统，可为不完全脊髓损伤、脑卒中、脑瘫等原因造成的下肢运动功能障碍患者进行评估、诊断并建立病案数据库，在患者康复进程中实时进行再评估、再诊断。如此循环往复地为不同患者量身制定整体、全面的康复计划，在康复过程中，还可根据不同病程的患者人性化地调节行走速度、行走步态等。”帅梅告诉记者。
因为常和患者接触，帅梅非常了解患者家庭的窘迫：治病已经花了太多的钱，哪还有钱再做后续康复治疗。“要想普惠大众，就必须做百姓用得起的机器人。”帅梅说，这也是李克强总理的嘱托。2016年全国“双创”周，大艾机器人获“双创25强”。总理到场听取汇报，对机器人项目非常肯定。他问帅梅：这个要卖多少钱？帅梅回答个人版要30多万。总理一听，急了，“不行，太贵了，一定要降价！”
是要降价，但怎么降？它为什么贵？贵在哪儿？能否将贵的因素拿掉？帅梅率团队再次攻关，从原理上创新，独创仿生行走传动系统设计，改进结构及传动方式。如今，帅梅带领团队致力于将产品“普惠化”，不断改进产品设计，降低价格，最新推出的“艾家”外骨骼康复机器人价位已由过去的近百万降低到了十万以下。团队同时又调整经营方式，除与医院合作外，还重点推出了社区租赁、社区服务业务，使行动不便的康复人群及腿脚不便的老年人不用到医院就能借助AI外骨骼机器人锻炼腿脚，助力行走功能的恢复。“让机器人真正走入社区，普惠于更广的适用人群，让更多患者得以享受科技给生活带来的幸福感，是我们最大的心愿。”帅梅说。
2019年，大艾机器人进一步向患者敞开怀抱，向北京市民政局申请成立了北京阳光大艾肢体残疾人士康复中心，开展与肢体残疾相关的非盈利性质的专业培训、康复指导、康复训练等专业服务。专业的康复师、先进的康复训练设备、良好的口碑，让不少外地患者慕名而来，甚至把这里当成第二个“家”。
憧憬未来，帅梅信心满满。随着科技的进步，未来的外骨胳机器人将变得更轻、更巧、更智能，产品也会更多元，除了截瘫、偏瘫、脑瘫患者及行动不便的老者外，户外运动者也将成为受惠群体。随着制作材料技术的进步和相关难题的攻克，外骨胳机器人还有望做成便于穿戴的普通服装。“希望每个人都能健步如飞，这不是飘渺的幻想，而是未来的现实。我们现在的每一点努力，都是为了这一天尽早到来。”帅梅目光坚定说道。
