自平衡外骨骼革命化移動能力 – IEEE Spectrum

許多脊髓受傷的人都有驚心動魄的災難故事：潛水意外、車禍、建築工地事故。但克洛伊·安古斯 (Chloë Angus) 的故事卻截然不同。2015年某個晚上，她在家時，右腳開始感到刺痛，漸漸失去感覺。她成功地自己開車去醫院，但在接下來的幾天裡，她失去了雙腿的所有感覺和控制。醫生發現她的脊髓裡有一顆良性腫瘤，無法移除，告訴她她將再也無法行走。但安古斯這位環遊世界的時尚設計師可不是那種會輕易接受這樣消息的人。

十年後，在一月的CES科技展上，安古斯穿著來自加拿大公司Human in Motion Robotics的動力外骨骼，展示她的舞蹈動作。她在展會上對人群說：「脊髓受傷後能重新走路真的很酷，但能重新跳舞才是改變遊戲規則的事。」

該公司將於四月下旬開始其XoMotion外骨骼的臨床試驗，最初測試一個為康復設施設計的版本，作為邁向個人使用外骨骼的第一步，讓像安古斯這樣的人能帶回家。XoMotion是第二款自我平衡的外骨骼，這意味著使用者不需要依賴拐杖或助行器，雙手可以自由做其他事情。

安古斯說：「在這個時代，‘你將再也無法行走’這句話已經不再成立，因為我們擁有的科技。」

### XoMotion外骨骼的起源

安古斯擔任Human in Motion的生活經驗總監，自2016年以來一直參與該公司的技術開發。那時她遇到了一對來自溫哥華西門菲莎大學的學者，他們有一個新穎的外骨骼想法。副教授西亞馬克·阿爾贊普爾 (Siamak Arzanpour) 和他的同事愛德華·帕克 (Edward Park) 希望利用尖端機器人技術來建造一個自我平衡的裝置。

當時，有幾家公司提供可在康復環境中使用的外骨骼，但這些技術有很多限制：最明顯的是，所有這些外骨骼都需要拐杖來穩定使用者的上半身。更重要的是，使用者需要幫助才能進出外骨骼，這些裝置通常無法應對轉彎、階梯或坡道。安古斯記得她在2016年試用Ekso Bionics的外骨骼時說：「到週末結束時，我說，‘這很好玩，但我們需要建造一個更好的外骨骼。’」

阿爾贊普爾表示，他的團隊一直被製作自我平衡外骨骼的工程挑戰所吸引。「當我們與克洛伊見面時，我們意識到我們的想法正是使用者所需要的。」他說：「她驗證了我們的願景。」

阿倫·賈亞拉曼 (Arun Jayaraman) 在芝加哥的雪莉·瑞安能力實驗室進行外骨骼研究，正在與Human in Motion合作進行春季的臨床試驗。他表示，自我平衡的外骨骼比需要手臂支撐的外骨骼更適合在家使用：「使用助行器和拐杖會使在平坦地面、坡道、人行道或不平坦表面之間的過渡變得困難。」

### 自我平衡外骨骼如何運作？

自我平衡的外骨骼使用了許多目前市場上人形機器人所採用的相同技術。它們在腳踝、膝蓋和臀部關節處有一組執行器，還有一系列感應器來檢測外骨骼的位移和周圍環境，並且有非常快速的處理器來處理所有這些感應器數據，生成裝置的下一步動作指令。

雖然自我平衡的外骨骼比需要手臂支撐的外骨骼更笨重，但阿爾贊普爾表示，這種技術賦予使用者的獨立性使其成為明顯的勝利。他還指出，自我平衡的模型可以被更廣泛的人群使用，包括上半身力量和活動能力有限的人。

當安古斯想要穿上XoMotion時，她可以通過一個應用程式從房間的另一端召喚它，並命令它坐到她的輪椅旁邊。她能夠自己轉移並將自己固定在裝置上，然後使用一個簡單的操縱桿來控制其運動。她指出，外骨骼可以與各種不同的控制機制一起使用，但有線連接被認為是最安全的：「這樣就不會掉線。」當她將裝置設置為工程師為她創建的「舞蹈模式」時，她可以放下控制器，依賴外骨骼的感應器來捕捉她身體的微妙變化並將其轉換為腿部動作。

### 家用外骨骼面臨的挑戰

XoMotion並不是第一款提供無手使用的外骨骼。這一榮譽屬於法國公司Wandercraft，該公司已經在歐洲和美國獲得了其康復模型的監管批准，並且現在開始為家庭模型進行臨床試驗。但阿爾贊普爾表示，XoMotion在技術上比Wandercraft的裝置有幾個進步，包括機器人關節與使用者生物關節的精確對齊，以確保不會對身體造成過大的壓力，以及執行器中的扭矩感應器以獲取更準確的機器運動數據。

獲得家用模型的批准對任何外骨骼公司來說都是一個挑戰，來自新澤西理工學院的副教授賽卡特·帕爾 (Saikat Pal) 參與了Wandercraft的臨床試驗。他表示：「對於任何將在家中使用的裝置，參數將與診所不同。每個家庭的情況都不同，清理空間也不同。當你將裝置帶回家時，工程問題會變得更複雜。」

安古斯表示，她相信Human in Motion的工程師會在幾年內解決這些問題，使她能夠將XoMotion帶回家。她迫不及待想要這樣做。「你知道坐在經濟艙飛行14小時的感覺嗎？你會想要伸展身體。現在想像一下，這樣的生活要持續一輩子。」她說。「當我進入外骨骼時，只需幾分鐘，我的背部就會伸展。」她想像著早上穿上XoMotion，做一些伸展運動，然後為丈夫準備早餐，可能還會有幾次舞蹈休息。



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