十年醫工突圍：康復外骨骼重塑他們的人生 | 10年回顧

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僅需百元租賃費，泰山游客就可以穿戴上“機器腿”，攀登泰山健步如飛。其實，這類“登山神器”屬于增強型外骨骼機器人，而外骨骼機器人并非第一次闖入大眾視野。與其同源的康復型外骨骼機器人常被用于幫助截癱、偏癱、腦癱患者恢復部分運動能力，實現“康復一人，幸福全家”的愿景。

“與人平視時，講話的感覺是不一樣的。”已經使用外骨骼機器人十年之久的林寒這樣說道。林寒在2013年意外摔傷，下肢喪失行動能力，兩年后，他到四川省八一康復中心作為首批穿戴試驗員，協助程洪教授帶領的電子科技大學機器人研究中心組，參與到外骨骼機器人產品的實驗和開發項目中。如今，他已經堅持每天使用外骨骼機器人訓練行走長達十年，正在逐漸恢復下肢知覺和力量，已經能夠自主駕駛車輛上下班，有了自己的家庭和生活。

圖1 林寒穿戴外骨骼行走

在這十年間，林寒見證了電子科技大學團隊外骨骼機器人產品的七代變遷和數不清次數的性能提升改造。2023年，電子科技大學外骨骼機器人團隊正式成立布法羅機器人科技（成都）有限公司（以下簡稱“布法羅”）。布法羅創始人兼首席技術專家程洪教授曾解釋過公司名稱的由來：“布法羅，BUFFALO，直譯是‘水牛’，做機器人，‘仿生’就是最高級別的境界，另一方面，水牛的意象與四川的農耕文化息息相關，我們的名字、我們的愿景與這片土地緊密相連。”

布法羅營銷中心華北區負責人祝霞回憶道，團隊選擇康復型外骨骼機器人作為研究方向，是因為“5·12”汶川大地震后出現大批需要接受康復訓練的殘障人士。當時國外已經出現了用于康復治療的外骨骼機器人，但動輒幾十萬美元的價格讓患者望而卻步。2009年底，從海外深造歸來，剛剛加入電子科技大學的程洪注意到了這一需求，下決心帶領團隊從零開始，研發一款能夠幫助截癱患者重拾行動能力的國產外骨骼機器人。

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學科體系日趨完善

外骨骼康復機器人的迭代不僅依賴康復醫學的演進，還難在多個交叉學科的同時掌握。志愿者每指出一處產品缺陷或提出新的需求點，就可能意味著一門新的學科被牽扯到康復型外骨骼機器人的迭代方案中。

在機械工程方面，巧妙的機械結構設計可以確保外骨骼的強度、穩定性，使用輕質、高強度、耐用的材料能夠提升患者穿戴的舒適感；在電子工程領域，力傳感器、加速度計、陀螺儀等多種傳感器的集成，可實時監測患者的運動狀態和外部環境，而可靠的驅動技術則能提供充足動力和精確的運動控制；在計算機科學與人工智能范疇，先進的控制算法使機器人可以依據患者運動意圖和實時數據動態調整姿態，個性化輔助康復，同時借助人工智能和機器學習技術分析康復數據以優化訓練方案；在生物力學與人體工程學方面，對人體下肢運動機制和步態周期的研究，可用于設計符合生理結構的外骨骼，實現自然舒適輔助。此外，還需根據患者的康復規律，設計有效的訓練模式，并通過與醫療機構合作，開展臨床試驗，評估其有效性和安全性。

圖2 布法羅團隊研制的康復型外骨骼機器人產品

交叉學科研究日益透徹，康復型外骨骼機器人的適用人群從截癱患者逐漸擴展到腦損傷患者，例如偏癱、腦癱、腦外傷等，應用病癥已經拓展到骨科術后康復、意識障礙患者的康復，甚至心衰引起的下肢功能障礙。祝霞介紹道，目前各種原因導致的下肢功能障礙幾乎都需要使用外骨骼康復機器人，尤其對于偏癱患者，機器人可以幫助他們有效增加肌肉力量，改善偏癱步態。

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向有效、安全、易用迭代

十年前，許多人認為外骨骼機器人沒有長期利用價值，因為脫離了機器人的輔助，身體情況得不到任何改善。其實不然，神經具有可塑性，通過外部器械帶動穿戴者進行科學、高效、準確的步行康復訓練，能夠刺激神經系統重塑，提升下肢自主行走能力，加速康復進程。

以前，康復型外骨骼機器人的功能，局限于帶動患者做被動的康復訓練，現在的機器人設計了評估功能，訓練模式擴展到主動模式、主被動模式，增加了單關節訓練的等速、等張、等長模式，也增加了包括單抬在內的腿訓練模式，可以幫助穿戴者做關節固定角度的牽伸訓練，完成多模態下的運動降張。基于“神經可塑性”原理，機器人每增添一項細分功能，都能幫助患者在不同的康復周期制定更優的訓練內容，讓患者投入的時間和精力獲得更大收益。

圖3 布法羅Aider3S型號下肢步行外骨骼產品

穿戴的安全性是康復型外骨骼機器人設計的第一要義。近十年，我國的傳感器產業表現出強勁的發展勢頭。高精度、體積小的傳感器可以自動識別患者的用力情況，自動切換助力等級，減少被動模式對關節活動受限的患者的誤傷。機器人上也設置了急停按鈕、傾斜報警裝置等安全保護措施。

當前，康復型外骨骼機器人已經走出實驗室，作為一項成熟技術產品，被普遍應用于各地的康復中心。祝霞介紹，研發團隊很早就考慮到了設備的易用性問題，通過采用電動方式調節設備的腰寬、大小腿的長度，增加髖關節外展45°、扶手外展90°等功能，方便患者上下機。同時，機器人以患者為中心進行縱向管理，可以收集錄入每名患者的康復信息，實時顯示患者對設備的力矩，以及設備對患者的力矩。未來機器人還將向智能化方向迭代出更多功能。

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市場接受度攀升

布法羅最新升級的Aider3S型號下肢步行外骨骼產品正處在臨床驗證階段，磨合解決了很多上一代產品的設計問題，獲得了志愿者的普遍認可。

布法羅研發生產的外骨骼產品也受到了各地康復中心治療師的一致好評。傳統康復中心會對步態訓練設立門檻，一般情況下，患者達到站立平衡一級才具備開始訓練的基礎身體條件，訓練時一般需要2~3名治療師，以及1~2名家屬協同。引入康復型外骨骼機器人后，患者病情穩定后即可接受標準化、規范化的步行步態訓練，且在訓練中對人工輔助的需求更低。

圖4 患者正在使用腦機+外骨骼產品

隨著產品應用的普及，了解康復型外骨骼機器人的人群，逐漸從患者群體擴展到普羅大眾。祝霞透露，四川、河南、北京、上海等地對康復機器人的接受程度和使用情況更好，此外，越來越多的地方將康復型外骨骼機器人相關治療服務納入醫保，為患者解決了后顧之憂。這種產學研的分工協同，本質上源于工程應用需要構建包含場地資源、技術團隊等在內的生態系統，讓建筑機器人從實驗室走向施工現場。

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人工智能和康復醫學碰撞新火花

智能康復不僅是數字化康復設備的簡單集合，還是把先進的康復理念、臨床技術、智能設備、管理模式應用于整個康復過程的一種新型的現代化醫療方式。基于在康復領域積累的豐富經驗，布法羅推出了“智能康復一體化解決方案”，從產品端升級到了智能康復生態的營造。“2020年以來，我們持續發展智能康復的生態，建設智能康復中心，完善智能康復的整體解決方案。”祝霞總結道。

在過去十年，我國的半導體產業得到顯著發展，腦機接口所使用的芯片大部分實現國產化。以外骨骼機器人為媒介，康復腦機接口技術正在實踐中實現驗證，幫助康復運動與大腦神經形成閉環，大幅提高神經損傷康復訓練的效果。此外，新型傳感器和AI算法將與康復機器人實現有機結合，外骨骼機器人有望提供更加個性化的訓練，在提高康復效率的同時，通過數據追蹤和反饋，幫助醫生和康復師更好地評估患者的康復進度，隨時調整治療方案。

未來，康復型外骨骼機器人會向更加輕便的可穿戴方向發展，新材料和輕量化電機也是其迭代的關鍵。據悉，電子科技大學正在研究將DeepSeek接入外骨骼機器人，更好識別患者意圖。

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