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迈步机器人:加速康复产业布局,助力患者重新行走

发布时间: 2021-03-26 14:57     来源: 机器人产业杂志

  说起外骨骼机器人,与之相关联的词汇大多是炫酷、神秘,它可以让托尼·斯塔克变身钢铁侠,维护世界和平。虽然,从技术的角度看,当前的外骨骼机器人距离成为“拯救世界”的装备还有很长的路要走,但随着科技智能化的发展与进步,具备助残行走、康复治疗功能的可穿戴外骨骼机器人逐渐成为刚需,作为康复机器人的主力军,帮助那些失去行走能力的人,重新获得站立甚至行走的自由。

  据统计,2019年我国服务机器人市场规模约为153亿元,其中医疗机器人为43.2亿元。从市场结构来看,相较于手术机器人、辅助机器人、医疗服务机器人,康复机器人占比最高,达到47%。康复机器人的春天似乎将要到来,而早在几年前,迈步机器人就已经进入赛道,开始布局。

  专注康复外骨骼机器人

  迈步机器人(Mile Bot)的定位是一家专注于康复外骨骼机器人及人机交互技术的公司,意图利用机器人、物联网、大数据、AI等技术提升康复医疗的效率和效果,打造出一套智能康复体系。

  为什么选择做外骨骼机器人?

图1:迈步机器人联合创始人兼COO 胡峰

  对于这个问题,迈步机器人联合创始人兼COO胡峰回答说,这是市场和技术的双向选择。

  市场。时间回到2016年,那时,美国、日本、以色列等国已有不少比较成熟的医用外骨骼机器人,但价格高昂。在国内,由于技术门槛较高,市场上康复外骨骼机器人产品稀缺,一片空白。不管是在医院还是康复机构,几乎都不能提供相对成熟的智能化设备来帮助下肢受损患者进行康复训练。基于此,胡峰认为,这将是一个很大的市场。

  技术。迈步机器人的创始人有三位,分别是CEO陈功、CTO叶晶,以及COO胡峰。陈功毕业于上海交通大学,之后赴新加坡国立大学攻读生物医学工程博士学位,主要专攻康复外骨骼机器人系统、人-机交互控制、柔性驱动器、脑控下肢外骨骼机器人等方向。叶晶毕业于日本早稻田大学,师从日本仿人机器人之父加藤一郎,研究方向也一直与外骨骼机器人相关。胡峰曾担任优必选机器人公司南方区域经理,对机器人产品具有深刻的认知与了解。专业的外骨骼机器人领域技术积累,使他们在技术方面有绝对的信心。

  基于市场的需求和在技术上的优势,三位创始人一拍即合,决定成立一家专门研发康复外骨骼机器人的公司——迈步机器人。

  2017年11月,在公司成立一年两个月后,迈步机器人发布了首款用于辅助脑卒中患者步态康复训练的新型可穿戴式下肢外骨骼机器人——BEAR-H1。

  BEAR-H1是全球首款采用了柔性驱动器作为动力输出的外骨骼机器人。这也是迈步机器人的核心优势产品。

图2:下肢康复外骨骼机器人——BEAR H1

  一般来说,传统工业机械臂采用的都是刚性驱动的方式,但是由于其本身钢度高、惯性大,做力控制时存在一定的难度,需要用复杂的算法保证稳定性,而且由于系统的带宽也比较小,导致训练的速度会比较慢,但BEAR H1采用了柔性驱动器作为输出,这样在力控制的时候,稳定性和精度会变得非常高,特别适合于在人机交互的场景里面使用。

  此外,相较于传统的外骨骼,BEAR-H1拥有带动力的6关节(双侧髋、膝、踝)和髋部旋转辅助关节,可实现自然步态。并且其外骨骼尺寸可以进行调整,配备了步态监测评估系统,理疗师或家人可通过触摸屏实时监察病人的运动数据。

  三大价值改变传统康复模式

  具体来说,在使用过程中,康复外骨骼机器人的主要原理是通过足底压力传感器、关节角度传感器、陀螺仪等多个传感器,感知并判断患者的运动意图,然后根据意图下达助力指令,精准及时地提供补偿力差和力反馈。在每一个环节中都需要机械设计、人体工程学、力度控制算法等技术作为底层技术支撑。

  虽然从外表看,它只是一个可穿戴的外骨骼机器人,但包含着复杂的技术,在患者的康复治疗过程中发挥着重要价值。

  在胡峰看来,这个价值主要体现在三个方面。

  第一,减少医院端的人力操作。在传统方法中,做肢体运动康复时,往往需要两到三名治疗师。因为患者无法站立,需要一名人员把他抱住,其他人员给他做一些拉伸运动等,这种方式的劳动强度和人力的投入非常巨大。但在使用了外骨骼机器人后,最多只需要一名治疗师就可以对其进行操作,不再需要人力对患者进行高强度的拉伸运动。因为当患者穿戴好之后,它就可以自行帮助患者站立起来,继而进行相应的治疗。“这就是第一个价值,我们可以帮助减少医院端的人力操作。”胡峰说道。

  第二,自适应式的精准治疗。患者在穿戴外骨骼机器人的过程中,由于机器本身带有一定的智能化技术,它知道患者在什么阶段需要多大的力度,可以根据患者的实际情况和需求定制合适的步态,给出精准的力度,进行更好的人机交互和步态训练。因此,在患者康复的过程中,穿戴外骨骼机器人的带来的效果更好。“我们产品经过临床试验表明,机器的有效性要比传统的康复手段更具有效果。”

  第三,客观有效的效果评估。在传统的康复治疗过程中,医生会不定期地针对患者的治疗情况进行评估,但这个结果往往带有医生的主观成分,不一定准确。而当患者使用外骨骼机器人进行康复治疗时,可以根据机器学习产生的患者数据中,对患者的情况进行客观打分,代替医生进行实时的训练指导,提升训练效果。

  形成完整智能康复闭环

  目前,围绕其核心技术——基于柔性驱动器的机器人交互技术,迈步机器人已经研发了下肢康复外骨骼机器人BEAR-H1、下肢助行外骨骼机器人BEAR-A1、手部康复外骨骼机器人、助行机器人MAX-1、TMS导航机器人、跑台机器人Moonwalker、腰部外骨骼PB-1等一系列医疗康复机器人产品,力求通过精确稳定的力控制帮助患者进行人机协作的主动训练模式,提升康复训练效果。

图3:下肢助行外骨骼机器人BEAR-A1

  下肢助行外骨骼机器人BEAR-A1利用仿生学、人体工学、机器人技术,主要用于为脊髓损伤、脊髓炎等疾病而导致的下肢瘫痪患者提供康复训练。

图4: 手部康复外骨骼机器人

  手部康复外骨骼机器人可以带动手指完成两种康复运动——双向弯曲运动和内收外展运动。它可以适应不同患者的手指尺寸,调节外骨骼手的长度,且长时间佩戴也不会使患者产生疲劳感。此外,手部康复外骨骼机器人能实时反馈手指关节的角度、力信息,从而实现指关节的精确控制,使得创伤手指恢复运动更加安全有效,并对手指的临床康复效果进行评价。

图5:助行机器人MAX-1

  助行机器人MAX-1适用于脑卒中患者进行日常康复训练,可有效改善患者步态;适用于可以独自站立并想增强步行能力、提高行走速度的人群,可用于日常生活场景下的出行活动;适用于辅助髋关节力量不足的人群行走,改善健康状况、提高生活质量。

图6:TMS导航机器人

  TMS导航机器人是一套由脉冲磁场刺激仪(TMS)、3D红外摄像头(NDI)、3D红外反射球、计算机等组成的神经导航系统。精确定位线圈在治疗时对应大脑脑区位置,结合全自动机械臂全程追踪线圈位置,保证线圈不会随着患者的头部移动而偏离线圈刺激靶点,确保治疗有效性。

图7:腰部助力外骨骼机器人PB-1

  腰部助力外骨骼机器人PB-1,可用于为人体提供助力,延长身体耐力,突破身体极限,适用于建筑施工、工厂移物、物流搬运、抢险抗灾等场景中。

  伴随着人口老龄化的持续演变,“十四五”期间,我国老年人口将达到3亿人,这将进一步加剧医护人员供给不足的问题,高质量医疗服务需求更加迫切。国内市场对于微创化、快速化、精准化的手术要求,便携化、轻量级的康复产品要求,以及对于医护人员体力和重复性工作的解放需求都将进一步增加。面对迫切增长的市场需求,以及广阔的进口替代空间,未来,中国市场必将成为全球医疗机器人领域竞争的主战场。

  在胡峰看来,未来,医疗康复机器人一定会朝着一个更加智能化的方向发展。一方面,在语音交互、人机交互、精准度、安全性等方面一定要达到非常高的水平才可以。另一方面,“万物互联”。“所有的医疗机器人或所有的机器人一定会朝着大数据、数据共享、相互连通的智慧化方向发展,所有这一类机器人甚至包括服务机器人和医疗机器人之间也会相互连接,以至于所有数据可以在终端客户那里产生共享。”胡峰解释道,当发展到这种程度的时候,医生就可以随时随地知道患者在家里进行康复训练情况,更好地指导患者进行康复治疗。

  “人与机器,机器与机器之间大数据的万物互联是未来的趋势。”胡峰表示,当前迈步机器人所研发的还只是一些单独的机器人硬件,但未来的目标希望把体系内的一些产品包括上肢、下肢、个人端的外骨骼机器人全部打通,打造出一套智能康复体系,帮助更多的患者进行康复治疗。

  帮助更多患者重新“迈步”

  今年2月,迈步机器人完成了由星辰基金和四环医药联合领投,浙江德宁、联想创投跟投的数千万元A+轮融资。上一轮融资于2020年8月完成。从2016年成立至今,迈步机器人在近5年的时间里,已经完成了四轮融资。在谈到关于接下来的发展布局时,胡峰表示,将继续基于核心技术打造出符合市场方向的产品。

  人工智能浪潮下,产品的技术含量要比商业模式更为重要,因为商业模式可以通过资本力量堆积起来,但归根结底看的还是产品所具备的技术、在客户端产生的价值。产品能够帮助客户产生什么价值,这是迈步机器人在研发产品时考虑的关键问题。“刚需、解决问题、落地才是王道。”

  “站立行走是人类最原始的功能,一旦这个功能有所损伤的话,对个人或是家庭产生的影响非常巨大,所以我们希望在这个领域帮助更多的患者能够重新站立或是康复行走。”胡峰如是说。

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