帮8岁脑瘫儿童迈出第一步，首个儿童步态外骨骼康复机器人，可控制关节灵活性

来源：36氪　2022-10-24 15:50:17

David Zabala是家在墨西哥城南部一个普通家庭中的孩子。

今年8岁的他因为患有脑瘫仍然需要借助轮椅才能相对自由地行动。

【资料图】

但最近，在外机械骨骼的帮助下，他终于用自己的双腿迈出了第一步：

“起初这个东西会吓到他，他的手在十分紧张地颤抖，”David的母亲、现年41岁的Guadalupe Cardoso感慨道，“但随后我看到他的脚变得更有力量，走路也有进步。他现在对走路很感兴趣，他迈出了第一步。这对他来说是一种快乐”。

据了解，David使用的外骨骼设备是全新的Atlas 2030，专门为3至14岁儿童设计。

穿着Atlas 2030时，David现在能自主做一些活动，比如玩球和画画。这些都是他此前无法想象的。

该设备也作为一种治疗方法的一部分开始投入使用。研究表明，让瘫痪儿童有机会走路“不仅可以延长他们的寿命，增强他们的身体健康，还可以提高他们的自尊心”。

墨西哥脑瘫患者协会主任表示，该设备能够“在创纪录的时间内实现康复目标”，相较于传统疗法动辄几个月的时间成本有了不少进步。

Atlas 2030由Elena García Armada设计，她还因此获得了2022年欧洲发明家奖。

世界上第一个基于儿童的适应性机器人外骨骼

全世界还有约1700万儿童面临与David相同的情况。

因脑瘫等原因不得不借助轮椅行动的儿童通常会受到躯干肌肉退化和脊柱畸形的困扰，这些问题会进一步影响他们的肺和心脏，从而降低他们的寿命和生活质量。

虽然1960年代以来成人外骨骼就已经开始发展，但针对成长中儿童的轻量级适应性设备仍然有待开发和完善。

在与一位瘫痪儿童会见后，马德里西班牙国家研究委员会 (CSIC) 的机器人专家 Elena García Armada把研究重心从重工业外骨骼转向了儿科外骨骼上。

在10年间，Armada 开发了一种电池供电的可穿戴设备，能供电2.5小时，可以随着不同穿着者的健康状况的变化进行不同程度的适应。

据了解，该设备能够在8分钟内安装好，主要将“关节”缠绕在孩子们的腿和腰部，连接到轮子上的结构以增加支撑，根据穿着者的肌肉力量调整硬度。同时这款机器人外骨骼设备能支持延迟的情况，有时甚至可以预防因行动不便而导致的医疗并发症。

根据欧洲专利局的说法，这是“世界上第一个基于儿童的适应性机器人外骨骼”。

Atlas辅助改善效果明显

在一篇名为 Effects of ATLAS 2030 gait exoskeleton on strength a nd range of motion in children with spinal muscular atrophy II: a case series的论文中，我们可以看到更多关于Atlas 2030的设计细节。

论文链接：https://jneuroengrehab.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12984-022-01055-x

Atlas 2030有两种工作模式。在自动模式下，设备遵循基于佩戴者的运动学步态模式，以设定的速度协助行走；在主动辅助模式下，设备通过检测病人的运动意图，协助补足所需行动的剩余力量。这种行动动机是放置在设备电机上的力传感器检测出来的。此外，外骨骼还能协助佩戴者从坐姿切换成站姿的相关运动。

所有这些功能都是通过一个运行在平板电脑上的应用程序控制的，该应用程序与外骨骼本身提供的Wi-Fi连接相连接。

设备的控制结构分为两个相互连接的系统。主控制器通过从用户那里收到的信息生成一个合成轨迹。高级控制器基于一个实时处理器，它根据应用程序中配置的参数计算反运动学，然后将每个关节的角度轨迹发送到电机低级控制器。低级控制系统接收所需的位置，并与每个关节测量的位置闭环。

从针对3位使用者进行的外骨骼佩戴实验来看，在实验结束时所有测量值与初始状态相比都有所提高，其中髋关节屈伸运动和膝关节屈伸方面改善最为明显；而在前五次外骨骼训练中，膝关节伸展和踝关节背屈的改善最为显著。

根据论文调查，Atals 2030外骨骼设备对儿童的下肢力量改善有很好的治疗效果，这项研究也可以作为未来Atlas 2030以儿童康复的一部分进行临床整合的初步支持。

相信随着后续技术的不断跟进和研发，越来越多的儿童能够重新站起来，重新认识这个世界。