文 | 動(dòng)脈網(wǎng)
隨著國家一系列人口政策出臺(tái)和落地，大眾對老齡化進(jìn)程有了越來越具體的感知。伴隨著人口結(jié)構(gòu)帶來的緊迫感，應(yīng)對老齡化的銀發(fā)經(jīng)濟(jì)、老年健康產(chǎn)業(yè)迎來市場機(jī)遇。
智能技術(shù)作為高效保障老年人健康的方式之一，已成為大勢所趨?！丁笆奈濉眹依淆g事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老服務(wù)體系規(guī)劃》提出，要促進(jìn)老年用品科技化、智能化升級；具體到產(chǎn)品上，要發(fā)展外骨骼康復(fù)訓(xùn)練、認(rèn)知障礙評估和訓(xùn)練、溝通訓(xùn)練、失禁康復(fù)訓(xùn)練等。
其中，運(yùn)動(dòng)能力對老年人身心健康、社會(huì)生活參與度乃至整體生活質(zhì)量都有著直接影響，而外骨骼機(jī)器人作為熱門的智能化產(chǎn)品，可幫助患病老年人恢復(fù)行走功能或增強(qiáng)助力，將在老年人的康復(fù)治療、健康維護(hù)、日常生活等多個(gè)層面發(fā)揮價(jià)值，堪稱“行走的神器”。
驅(qū)動(dòng)技術(shù)迭代，外骨骼機(jī)器人發(fā)展迅速
20世紀(jì)60年代，下肢外骨骼技術(shù)開始發(fā)展起來，最初用于軍事，而后被逐步用于康復(fù)治療領(lǐng)域，國外研究早于國內(nèi)。20世紀(jì)80年代開始，外骨骼機(jī)器人的研制與應(yīng)用在全球范圍內(nèi)獲得普遍的高度重視，并且在醫(yī)療、工業(yè)與軍事領(lǐng)域全面發(fā)展。
外骨骼機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)技術(shù)直接影響產(chǎn)品性能和穿戴性，也是影響其未來發(fā)展的重要因素。
近年來，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的迭代推動(dòng)了外骨骼機(jī)器人發(fā)展：在傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生出使用氣動(dòng)肌肉、電活性聚合物、磁流變液等新型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在傳統(tǒng)致動(dòng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展出柔性/可變剛度致動(dòng)器，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)技術(shù)的同時(shí)也為國內(nèi)外科研人員提供了新的研究方向。
國外已有多款代表性的外骨骼機(jī)器人應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是用于康復(fù)訓(xùn)練。
以色列公司Lifeward（原ReWalk Robotics，2024年9月宣布更名Lifeward）研發(fā)的下肢外骨骼機(jī)器人ReWalk，適用于脊髓損傷、不完全截癱、中風(fēng)等患者，幫助患者恢復(fù)行走能力，是全球首款獲得FDA的外骨骼機(jī)器人。ReWalk主要由連接兩側(cè)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的機(jī)器人步態(tài)裝置、外部電池組、無線模式選擇器和傳感器組成。
EksoNR是美國Ekso Bionics開發(fā)的一款外骨骼機(jī)器人，用于卒中和脊髓損傷、獲得性腦損傷患者的康復(fù)，包括創(chuàng)傷或動(dòng)脈瘤、腦腫瘤、氧氣損失或其他疾病導(dǎo)致的損傷；EksoNR的適應(yīng)癥還擴(kuò)大到多發(fā)性硬化癥。
此外，日本Cyberdyne、瑞士Hocoma、美國Parker Hannifin、新西蘭Rex Bionics、韓國三星等公司也推出了多款外骨骼機(jī)器人。
在全球范圍內(nèi)，外骨骼機(jī)器人在幫助肌能衰退的老年人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練、提高老年人行走能力和生活質(zhì)量方面都發(fā)揮了舉足輕重的作用；同時(shí)，技術(shù)快速迭代，產(chǎn)品逐步走向機(jī)械化和智能化。
探索技術(shù)融合，康復(fù)應(yīng)用趨于多樣化
盡管國內(nèi)的外骨骼機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用起步相對較晚，但隨著科技研發(fā)投入加大、機(jī)器人研制技術(shù)演進(jìn)以及跨國企業(yè)在國內(nèi)布局，國內(nèi)已涌現(xiàn)出一批外骨骼機(jī)器人創(chuàng)新研發(fā)公司，其產(chǎn)品應(yīng)用于不同的康復(fù)訓(xùn)練。
造成運(yùn)動(dòng)功能障礙的原因眾多，患者所需的治療方式不一。以下肢外骨骼機(jī)器人為例，產(chǎn)品主要是輔助患者進(jìn)行站立及行走，動(dòng)力關(guān)節(jié)主要是髖、膝和踝，讓髖關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)屈曲伸展，膝關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)屈曲伸展，踝關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)背屈和跖屈。整體來看，下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人主要起到了步態(tài)矯正、增強(qiáng)助力、運(yùn)動(dòng)代償?shù)茸饔谩?/p>
步態(tài)矯正方面，下肢外骨骼機(jī)器人在康復(fù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)已有大量應(yīng)用，其主要特點(diǎn)在于擁有多個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)，以及先進(jìn)的傳感和意圖識(shí)別技術(shù)。這類設(shè)備專注于步態(tài)的矯正，同時(shí)避免二次傷害和機(jī)器剛性摩擦，其設(shè)計(jì)核心在于準(zhǔn)確識(shí)別患者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并提供安全的矯正力。
這些產(chǎn)品中，程天科技推出的悠行UGO康復(fù)外骨骼適用于脊髓損傷、腦卒中、下肢肌無力或其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病導(dǎo)致下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙患者；產(chǎn)品基于“神經(jīng)可塑性”原理，多傳感器融合、感知運(yùn)動(dòng)意圖，糾正異常步態(tài)、建立正常步態(tài)。
安杰萊的LiteStepper單下肢外骨骼康復(fù)訓(xùn)練器則專為偏癱患者設(shè)計(jì)，輔助偏癱患者針對患側(cè)下肢進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。產(chǎn)品采集患者健側(cè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的步態(tài)信息、研判運(yùn)動(dòng)意圖、分析并學(xué)習(xí)其步態(tài)特征，帶動(dòng)患側(cè)進(jìn)行與健側(cè)相適應(yīng)的運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)康復(fù)訓(xùn)練。
邁步機(jī)器人的H系列下肢外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人以專利技術(shù)柔性驅(qū)動(dòng)器作為動(dòng)力輸出，并通過特有專利技術(shù)動(dòng)力踝關(guān)節(jié)提供背屈助力，在助力下重復(fù)練習(xí)屈、伸動(dòng)作，糾正足下垂和足內(nèi)翻的問題，提升平衡能力，糾正異常步態(tài)。
增強(qiáng)助力方面，產(chǎn)品主要在于幫助那些由于肌力不足而行動(dòng)不便的老年人，特別是能夠獨(dú)立行走而無需外部支撐的患者；針對肌力退化的老年人或骨折后康復(fù)患者，其設(shè)計(jì)則需注重提供額外的力量支持。
例如，傅利葉的ExoMotus M4可幫助各類型下肢運(yùn)動(dòng)障礙的患者在早期實(shí)現(xiàn)站立及步行功能訓(xùn)練，在康復(fù)早期給用戶提供正確的感覺輸入，抑制異常步態(tài)形成。
增強(qiáng)助力型產(chǎn)品的核心特性包括輕便性、長續(xù)航力和精準(zhǔn)的步態(tài)識(shí)別能力，可采用輕型柔性外骨骼設(shè)計(jì)。
如司羿智能的EasyWalk下肢軟體外骨骼幫助解決卒中患者、腦外傷等的行走障礙問題，產(chǎn)品采用了軟體結(jié)構(gòu)，僅重3kg，集中在腰部、易于穿戴，可避免傳統(tǒng)剛性外骨骼強(qiáng)制用戶行走的機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式。
運(yùn)動(dòng)代償方面，產(chǎn)品主要為完全或部分喪失運(yùn)動(dòng)能力的截癱患者設(shè)計(jì)，通過設(shè)備的運(yùn)動(dòng)功能來代償患者失去的行動(dòng)能力。這類設(shè)備將安全性和穩(wěn)定性作為設(shè)計(jì)首要，兼顧患者日常生活的運(yùn)動(dòng)需求，并力求模擬自然步態(tài)。
以布法羅機(jī)器人推出的Aider為例，產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立站立行走，可用于步態(tài)訓(xùn)練、下肢肢體運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、肢體協(xié)調(diào)性訓(xùn)練、力量訓(xùn)練、認(rèn)知訓(xùn)練和姿態(tài)控制訓(xùn)練等，進(jìn)行全身系統(tǒng)性協(xié)調(diào)訓(xùn)練，可針對脊髓空洞癥、脊髓炎、脊髓損傷等導(dǎo)致的截癱或四肢癱的患者進(jìn)行。
近年來，康復(fù)外骨骼機(jī)器人積極探索技術(shù)融合，促進(jìn)產(chǎn)品升級迭代，并進(jìn)一步提升產(chǎn)品的安全性、有效性和智能化。
基于腦機(jī)接口的外骨骼系統(tǒng)將運(yùn)動(dòng)意圖轉(zhuǎn)換為外骨骼的控制信號，使患者可以在外骨骼的驅(qū)動(dòng)下執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，提供了更為豐富的感覺運(yùn)動(dòng)反饋，在結(jié)構(gòu)和功能方面提高神經(jīng)系統(tǒng)可塑性，實(shí)現(xiàn)意圖－驅(qū)動(dòng)閉環(huán)反饋，為下肢運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)提供新的治療策略。
虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)或可創(chuàng)造沉浸式虛擬環(huán)境，或可將虛擬世界與現(xiàn)實(shí)環(huán)境疊加，二者由此成為數(shù)字世界與真實(shí)場景的連接紐帶；運(yùn)用到外骨骼康復(fù)中，則可將康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)融入真實(shí)環(huán)境，為用戶帶來真實(shí)、多樣化的交互體驗(yàn)，尤其適合在家庭康復(fù)場景、沒有康復(fù)治療師干預(yù)的情況下使用。
此外，隨著近年來人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工智能也已應(yīng)用于外骨骼機(jī)器人，幫助患者進(jìn)行功能性行走和步態(tài)訓(xùn)練、進(jìn)行外骨骼的安全性、耐受性和行走功能功效評估，可進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的智能機(jī)器人研發(fā)已成為必然趨勢。如愛布機(jī)器人研發(fā)了基于人工智能算法的智能外骨骼機(jī)器人，專業(yè)化訓(xùn)練模式，幫助患者實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)整體康復(fù)。
因此，腦機(jī)接口、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等前沿技術(shù)逐步融入外骨骼機(jī)器人研發(fā)制造，使得外骨骼機(jī)器人更能從真正意義上成為一套穿戴在身體外部，能夠與使用者協(xié)調(diào)或平行工作，以增強(qiáng)身體素質(zhì)和完成既定動(dòng)作為目的的智能設(shè)備。
應(yīng)用空間開拓，產(chǎn)品能否普及到“人均”一套？
總的來說，隨著我國人口老齡化進(jìn)程加深，在康復(fù)護(hù)理資源整體不足的背景下，外骨骼康復(fù)機(jī)器人可在醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)助力老年人康復(fù)效率和質(zhì)量的提升。隨著延遲退休等一系列與老齡化相關(guān)的政策落地，老年人對來自行動(dòng)能力的功能康復(fù)更加重視，行業(yè)機(jī)遇進(jìn)一步擴(kuò)大。
在這一趨勢下，外骨骼機(jī)器人的應(yīng)用場景正加快從醫(yī)療機(jī)構(gòu)延伸至家庭，在康復(fù)中后期使用，或作為日常助行工具使用，以幫助患者更好地恢復(fù)功能、回歸社會(huì)、預(yù)防復(fù)發(fā)。目前，多家企業(yè)已布局居家康復(fù)型的外骨骼機(jī)器人、消費(fèi)級助行設(shè)備，解決個(gè)人康復(fù)訓(xùn)練、日常行走等問題。
其中，程天科技推出了悠行UGO康復(fù)外骨骼個(gè)人版，適用于社區(qū)和家居場景的個(gè)人康復(fù)使用，設(shè)備采用機(jī)械固定和綁帶保護(hù)設(shè)計(jì)，可根據(jù)使用者的身體參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)刻度調(diào)節(jié)，操作簡單，非專業(yè)人員在學(xué)習(xí)后即可協(xié)助穿戴者使用。
新松機(jī)器人的下肢外骨骼訓(xùn)練器在用戶與專業(yè)醫(yī)生或治療師定期溝通下，也可用于居家場景，幫助偏癱患者激發(fā)患側(cè)肢體主動(dòng)參與能力，提高日常生活水平；并幫助患者糾正異常步態(tài)和足內(nèi)外翻、足下垂問題，改善雙腿重心分布，增加患側(cè)著地時(shí)間，提高步行速度。
很顯然，外骨骼康復(fù)機(jī)器人在老年人由疾病康復(fù)轉(zhuǎn)變至健康狀態(tài)輔助方面應(yīng)用價(jià)值巨大。同時(shí)，外骨骼技術(shù)已在工業(yè)、物流等重體力勞動(dòng)領(lǐng)域有諸多應(yīng)用，減輕勞動(dòng)者長期工作時(shí)的負(fù)擔(dān)，并減少腰肌勞損等問題。例如，太希智能的有源腰手外骨骼機(jī)器人可為用戶的大腿、腰部、手部進(jìn)行智能助力；傲鯊智能的外骨骼機(jī)器人覆蓋上肢、腰部、下肢、全身等，還推出“千元級外骨骼”產(chǎn)品；邁寶智能的產(chǎn)品已經(jīng)切入到工業(yè)物流、汽車裝配、家政服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域。
因此，對于仍參與體力勞動(dòng)的老年人來說，工業(yè)型外骨骼機(jī)器人也能起到健康維護(hù)的作用。據(jù)了解，作為全球老齡化水平最高的國家之一，日本的外骨骼機(jī)器人發(fā)展主要源于老齡化帶來的社會(huì)需求。在日本，產(chǎn)業(yè)巨頭進(jìn)行外骨骼產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，醫(yī)療與工業(yè)并重，除了助老助殘的醫(yī)療應(yīng)用之外，許多公司在申請專利的同時(shí)還把目光投向了工業(yè)應(yīng)用，即通過外骨骼技術(shù)減輕工人作業(yè)負(fù)重。
外骨骼機(jī)器人面向醫(yī)療和工業(yè)有著技術(shù)上的同一性，同步發(fā)展策略可提升研發(fā)效率。不過，國內(nèi)企業(yè)在醫(yī)療應(yīng)用和泛工業(yè)應(yīng)用的融合研發(fā)上涉足還不多，隨著人口老齡化和勞動(dòng)力短缺的問題日益突出，既解決老年人的康復(fù)問題，又針對老年人身體機(jī)能特征、解決勞動(dòng)場景中的健康維護(hù)問題，有望成為外骨骼機(jī)器人市場進(jìn)一步發(fā)展壯大的路徑之一。
但要看到，外骨骼機(jī)器人普遍價(jià)格昂貴，在全球市場內(nèi)，大多在數(shù)萬至數(shù)百萬之間，核心部件的成本和終端產(chǎn)品價(jià)格成為制約外骨骼機(jī)器人商業(yè)化的一大因素。此外，無論在哪個(gè)場景，多數(shù)老年群體對外骨骼器械的了解還較少，也在一定程度上制約了產(chǎn)品的應(yīng)用。
當(dāng)然，外骨骼機(jī)器人也被應(yīng)用于兒童及其他相應(yīng)疾病的康復(fù)訓(xùn)練，本文暫不討論。
對于老齡化而言，外骨骼機(jī)器人的市場需求已是確定性的存在。未來，隨著科技進(jìn)步、大眾消費(fèi)能力與意愿提升，對罹患疾病導(dǎo)致行動(dòng)不便或運(yùn)動(dòng)能力下降的老年人來說，是否能實(shí)現(xiàn)“人均”一套外骨骼以獲得更佳的晚年生活質(zhì)量？這還取決于行業(yè)通過持續(xù)的技術(shù)迭代降低產(chǎn)品成本，進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品安全性與有效性，并加深目標(biāo)群體對外骨骼產(chǎn)品的認(rèn)知。