火炬手杨淑亭（右）佩戴动力外骨骼机器人参加火炬传递。新华社发

AI操纵外骨骼，让轮椅使用者“步行”传递火炬；机械手感知电信号，让天生缺失手臂的残疾人“随心而动”……近年来，我国科研院所和科技企业在残疾人保障事业上不断发力，取得的一大批先进科技成果，既富“科技感”又有“人情味”。2022年北京冬残奥会期间，相关技术纷纷“亮相”，在赛事保障、科技助残等领域大显身手。

●南方日报记者 王诗堃 泠汐 实习生 冯琦思

外骨骼机器人

让瘫痪者重新行走

北京冬残奥会开幕前的火炬传递中，几位“钢铁侠”引人关注。

火炬手杨淑亭，曾因车祸导致高位截瘫、11年无法直立行走。借助外骨骼机器人，她得以站起来完成火炬接力。

她使用的外骨骼机器人由北航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率团队研发，名为“大艾机器人”。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。

在此次火炬传递前，杨淑亭经过5个月的适配训练，学习掌握了下肢助力外骨骼设备。“每天穿戴外骨骼机器人练习走路很辛苦，但更多的是感到幸福，科技的力量让我看到站起来的希望。”杨淑亭说。

“AI外骨骼机器人能感知到人行走快慢等主观意愿，实现机器人辅助与人体行为的自适应。”帅梅介绍。

此外，帅梅还表示，外骨骼机器人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。

据悉，在此次冬残奥会火炬汇集和传递仪式过程中，穿戴外骨骼机器人的还有曾打破“机器人行走马拉松世界纪录”的邵海朋。2018年，他曾穿戴这一骨骼康复机器人用时9天，行走42.22公里，超过全程马拉松的距离。

值得一提的是，外骨骼设备不仅能帮助残障人士恢复功能，对于健全人也有大作用。在工业生产中，外骨骼能够帮助工人提高效率、减少劳损。

此前，国外有外骨骼研发企业测试显示，穿戴外骨骼的试验人员可以举起90公斤的重量，持续8个小时——这种力量仅凭肌肉力量不可能做到。

“制造业和农业等劳动密集型产业一直依赖体力消耗和劳动力。而这些设备将从根本上改变行业的运作方式。”专家表示。

机械手臂

采集肌电信号，假肢“随心而动”

另一种亮相冬残奥会的外骨骼设备是“机械手臂”。对于失去部分肢体的残疾人来说，一只机械手臂，不仅可以起到美观作用，更可以“随心而动”，替代原肢体功能。

本届冬残奥会火炬手彭园园，在火炬传递过程中佩戴了中科院沈阳自动化研究所为其量身定制的“上肢助力外骨骼机器人”。

彭园园是2018年韩国平昌冬残奥会中国代表团开幕式旗手。先天性右前臂缺失的她，在当时使用左手擎起了国旗；而在今年的火炬传递中，火炬手彭园园戴上了机械右臂，用这只“科技手”接过并举起了火炬。

传递过程中，她灵活运用机械手臂挥舞致意，使用自身手臂与其流畅交替火炬。该外骨骼机器人全程稳定抓握火炬，将奥运圣火传递给下一棒火炬手。

据介绍，科研人员在上肢助力外骨骼机器人的研制中，突破了人机神经接口相关技术，创新研制了贴合皮肤的多模态信息采集系统，准确解析受试者“意念”，实现了残肢与该外骨骼机器人间的自然操控。与此同时，还突破了残肢功能再造技术，实现了外骨骼拟人化设计，确保手臂具备精细操作、负重操作能力。

中科院自动化研究所研究员王卫群介绍，机械臂能够采集残肢肌电信号，进而通过电信号强弱与假肢关节运动量的对应关系来控制假肢连续运动。对于残障人士来说，“意念”控制假肢并不仅仅是安装即用，还要进行较长时间的训练。训练的过程，即是建立肌电信号与假肢关节运动的对应关系。

训练监控系统

补齐残疾人肌肉力量短板

清华大学智能与生物机械研究室主任、无障碍发展研究院副院长季林红和团队承担了“科技冬奥”专项“冬残奥运动员运动表现提升的关键技术”攻关课题。

具体来说，就是有针对性地挖掘残疾人运动潜力，减少二次损伤，帮助其更好地实现梦想。

“残疾人个体差异较大，即便是同一个项目，不同运动员的生理特点、体能情况、发力方式、动作姿态都千差万别，需要量身定制‘一人一策’的训练方案，并配备个性化的训练器械和辅助器具。”季林红表示。

例如，习惯单侧发力的截肢运动员通常核心肌肉力量不对称，长此以往会导致肩胛不稳等损伤；轮椅冰壶项目要求运动员精准发力，但部分截瘫运动员对冷的知觉不敏感，往往冻伤而不自知；越野滑雪中，运动员采用坐姿或跪姿，必须借助匹配自身关节角度、宽度的滑雪架才能完成比赛，否则极易受伤。“每一处细节都关乎运动员的健康、安全和竞技表现，一点都马虎不得。”季林红说。

经过反复测试迭代，科研团队研发出一套数字化监控系统，通过记录运动员的生理参数、训练强度、技术动作等信息，建立数据模型，为运动员的动作优化、伤病预防和康复提供保障。

在训练过程中，季林红发现，有些运动员会出现腰疼、肩疼的情况，经过研究发现，这种现象并不仅仅是运动损伤，有可能是因为残疾导致了运动员某些肌肉力量不够。

“比如单腿截肢，常常一条腿走路，这条腿上的肌肉特别强，而另一侧肌肉就很弱，这就是肌力不对称。”季林红解释称，在日常情况下这没有问题，但在运动中、能力极端输出的情况下，就会出现很大的问题。

为了补齐运动员核心肌力不对称的短板，团队开始有针对性地训练运动员。对于缺一侧上肢的运动员，为其接上假肢，让他做俯卧撑，来训练这一侧的肌肉；如果缺少下肢，只用一条腿发力，则接上假肢训练其用两侧同时发力，这样，两侧的肌肉都能均匀地发展起来。“肌力不对称的问题得到解决，运动员的整体运动能力就更强了。”季林红说。

关键词： 科技发展