由哈佛大学研究人员设计的一种首创的、柔软的、背心式可穿戴设备，有望帮助中风幸存者和肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者重新获得重要的上肢运动能力。研究人员将该设备称为“可穿戴机器人”，它使用位于患者手臂下方的充气气球，根据期望的运动而膨胀和收缩。机器学习软件与独立的基于物理学的模型相结合，帮助机器人解释患者的意图运动并进行个性化调整。
在测试中，该机器人能够以 94.2% 的准确率正确识别用户意图的肩部运动。设备激活后，与早期型号相比，它将患者放下手臂所需的力减少了 31.9%。这意味着患者的劳累和疲劳程度更低。
该研究包括五名中风患者和四名患有肌萎缩侧索硬化症（ALS，也称为卢伽雷氏症）的患者。总体而言，每位参与者都报告了肩部抬起和腕部伸展能力的改善，以及在执行抓取或握持物体等任务时的疲劳感降低。
这些结果表明，这种可穿戴设备在增强患者康复运动能力方面可以发挥重要作用。对于一些肢体严重受损的人来说，它可能为他们重新获得执行日常任务的能力提供途径，例如刷牙或喝水。这项实验性研究的结果已于近期发表在《自然·通讯》杂志上。
这款基于织物的设备像一件长袖背心一样穿在上半身，并通过电池无线供电。多个传感器由机器学习模型共同驱动，嵌入在设备的表面。传感器检测穿戴者发出的细微动作。然后，机器学习模型判断每个动作是否是故意的。这个判断结果被发送回设备，设备通过充气或放气来辅助手臂的抬起或放下。
哈佛大学教授 Tommaso Proietti 在今年早些时候的一份声明中说：“这项技术本质上非常简单。基本上，它是一件衬衫，腋下有一些充气的、类似气球的致动器。加压的气球可以帮助穿戴者对抗重力，移动他们的上臂和肩膀。”
与今年早些时候展示的先前型号相比，最新《自然·通讯》研究中提出的这款可穿戴机器人版本有所改进，它集成了一个研究人员称之为附加的基于物理学的模型。第二个模型计算出将患者肢体固定在原位所需的最小压力，从而使辅助感觉不那么僵硬，运动起来更自然。理论上，这应该使设备在使用中不那么笨拙，对于在康复环境中使用的患者来说更是如此。
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为了进行测试，研究团队让参与者穿上设备并尝试各种手臂运动。他们使用了一种类似于视频游戏和电影中运动捕捉的系统来测量设备的性能。总体而言，运动捕捉数据显示肩部、腕部和肘部的活动范围明显增加。这种活动能力的提高也意味着患者不太可能通过扭曲或移动身体其他部位来补偿受损肢体的运动而过度用力。
ALS 患者、也是该研究的志愿者之一 Kate Nycz 表示，研究人员还会听取并采纳设备用户的反馈。
Nycz 在一份声明中说：“他们并不是坐在实验室里摆弄机器人。我感觉他们真的和我在一起。我没有感觉自己像个小白鼠或齿轮。”
更柔软、更易于使用的外骨骼
体积更大、更坚硬的身体辅助设备，统称为“外骨骼”，已被用于帮助一些人恢复肢体功能。这项技术最初由五角大楼的国防高级研究计划局（DARPA）提出，目的是帮助士兵举起重物，此后被多个研究人员和私营公司采用，他们致力于改善更广泛人群的行动能力。这些设备已被证明有助于残疾患者提高行走能力。它们还有潜力通过像高科技、科幻风格的助行器一样运作，来预防老年人跌倒。
哈佛研究人员探索的这款柔软的可穿戴机器人比全身外骨骼更简单（功能也更少），但这或许也是它的吸引力所在。通过用柔软、熟悉的背心取代金属骨架，这款可穿戴机器人为全球数百万可能受益于中度肢体支撑的个体提供了一个更具成本效益且易于接受的解决方案。
