脊髓傷患重獲新生,XoMotion開啟站立與舞動的可能

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XoMotion
許多脊髓受傷的人都有驚心動魄的災難經歷:潛水事故、車禍、建築工地災難等。但Chloë Angus的故事卻截然不同。2015年的一個晚上,她在家時右腳開始有刺痛感,並逐漸失去知覺。她設法自己開車去了醫院,但在接下來的幾天裡,她的雙腿完全失去了知覺和控制能力。醫生在她的脊髓內發現了一個無法切除的良性腫瘤,並告知她再也無法行走了。不過,作為經常乘飛機到處旅行的時裝設計師,Angus不是那種會乖乖接受這種訊息(躺著或者坐著認命)的人。
十年後的1月,在國際消費類電子產品展覽會(CES)科技貿易展上,安格斯穿著加拿大Human in Motion Robotics公司的動力外骨骼展示她的舞步。“脊髓受傷後能重新走路是相當酷的事情,但能重新跳舞更是改變了遊戲規則,”她在展廳裡對一群人說道。
該公司將於4月下旬開始其XoMotion外骨骼的臨床試驗,最初會測試一個用於康復機構的版本,將其作為邁向像Angus這樣的人可以帶回家使用的個人外骨骼的墊腳石(https://humaninmotion.com/#XoMotion)。XoMotion是僅有的第二款自平衡外骨骼,這意味著使用者不需要依靠柺杖或助行器,並且雙手可以騰出來做其他事情。
“在我們現有的技術條件下,‘你將永遠無法行走’這種說法在當今這個時代已經不再正確了,”Angus說道。
XoMotion外骨骼的起源
Angus擔任Human in Motion公司的生活體驗總監,自2016年起就參與到該公司及其技術研發當中。就在那時,她在溫哥華的西蒙弗雷澤大學結識了幾位學者,他們對外骨骼有一個新奇的想法。副教授Siamak Arzanpour和他的同事Edward Park想要利用尖端機器人技術製造一種自平衡裝置。
當時,有幾家公司已經有可用於康復環境的外骨骼,但這項技術存在諸多侷限:最顯著的是,所有這些外骨骼都需要使用者拄著柺杖來穩定行走時的上半身。而且,使用者進出外骨骼時需要幫助,並且這些裝置通常無法應對轉彎、上下臺階或斜坡。Angus記得在2016年試用過Ekso Bionics公司的一款外骨骼:“到那個星期結束的時候,我說,‘這挺有趣,但我們需要製造一個更好的外骨骼(https://eksobionics.com/)。’”
作為Human in Motion公司執行長的Arzanpour表示,他的團隊一直被製造自平衡外骨骼這一工程挑戰所吸引。“當我們與Chloë會面時,我們意識到我們所設想的正是使用者所需要的,”他說,“她認可了我們的設想。”
在芝加哥雪莉·瑞安能力實驗室從事外骨骼研究的Arun Jayaraman,今年春天正在與Human in Motion公司合作開展臨床試驗。他說,自平衡外骨骼比需要手臂支撐的外骨骼更適合在家中使用:“必須使用助行器和柺杖等輔助裝置會使在平地、斜坡、路緣或不平整地面等不同表面之間轉換變得困難。”
自平衡外骨骼是如何工作的?
自平衡外骨骼運用了許多目前湧入市場的人形機器人所採用的相同技術。它們在踝關節、膝關節和髖關節處有大量的促動器,還有一系列感測器來探測外骨骼的移動位置以及周圍環境,並且配備非常快速的處理器來處理所有這些感測器資料併為裝置的下一步行動生成指令。
雖然自平衡外骨骼比那些需要手臂支撐的外骨骼體積更龐大,但Arzanpour表示,它們給予使用者的獨立性使這項技術明顯勝出。他還指出,自平衡型號可供更廣泛的人群使用,包括上身力量和活動能力有限的人群。
當Angus想要穿上XoMotion時,她可以用一個應用程式從房間另一頭召喚它,並命令它在她的輪椅旁邊坐下。她能夠自己轉移(身體)並在不需要幫助的情況下把自己固定到這個裝置裡,然後使用一個連線到外骨骼的簡單操縱桿來控制它的運動。她指出,外骨骼可以與多種不同的控制機制協同工作,但有線連線被認為是最安全的。“那樣的話,就不會有Wi-Fi訊號中斷的情況,”她說。當她將裝置切換到工程師為她建立的“舞蹈模式”時,她可以放下控制器,依靠外骨骼的感測器捕捉她軀幹的細微移動,並將其轉化為腿部動作。
家用外骨骼面臨哪些挑戰?
XoMotion並非首款實現免手持使用的外骨骼。這一殊榮屬於法國Wandercraft公司,其康復型產品已經在歐洲和美國獲得監管部門批准,並且現在正在開始對家用型產品進行臨床試驗。但是Arzanpour表示,與Wandercraft公司的裝置相比,XoMotion有多項技術進步,包括精確校準機器人關節與使用者的生理關節以確保不會給身體施加過度壓力,以及在促動器中配備扭矩感測器以收集關於機器運動的更精確資料。
新澤西理工學院副教授Saikat Pal參與了萬德克拉夫特公司的臨床試驗,他表示,對於任何一家外骨骼公司來說,獲得家用型產品的批准都是一項挑戰。“對於任何將在家中使用的裝置,其使用引數都會與在診所使用有所不同,”Pal說,“每個家庭看起來都不一樣,(房間)淨空(空間大小等情況)也不同。當你把裝置移到家中時,工程問題會複雜好幾倍。”
Angus說,她相信Human in Motion公司的工程師們將在幾年內解決這些問題,從而使她能夠把一臺XoMotion帶回家。她已經迫不及待了。“你知道坐經濟艙飛行14個小時是什麼感覺嗎?你非常想伸展身體。現在想象一下一輩子都生活在那個飛機座位上(不能伸展身體的難受感覺),”她說,“當我穿上外骨骼時,我的背部只需幾分鐘就可以挺直舒展。”她想象著早上穿上XoMotion,做一些伸展運動,然後給丈夫做早餐。中間可能還會跳幾次舞(休息一下)。
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