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[導(dǎo)讀]在歐洲,每年有1900起新的截肢案例。而機(jī)器人、康復(fù)科學(xué)、工程學(xué)能為這些人做些什么呢?至少在我寫這篇文章之前,它們能做的,非常少。

 我們來想象一下這樣一幅畫面:某天,你在醫(yī)院中醒過來,你已經(jīng)記不清發(fā)生了什么,但是你驚恐地發(fā)現(xiàn)左手已經(jīng)不在了,醫(yī)生告訴你你剛剛經(jīng)歷了一場車禍。從那時(shí)起,你失去了你的左手,你很絕望。你發(fā)現(xiàn)生活中99%的事都要靠手來完成,這時(shí),你想到了機(jī)器人義肢,也許它能夠幫你。在你朋友的建議下,你來到附近的康復(fù)中心,裝上了假肢。假肢完美地貼合你的身體,你很滿意,你還是像正常人一樣可以做自己喜歡的事,你漸漸地開始接受自己的新身份,你忘了自己是殘疾人。

那么,現(xiàn)在,我要告訴你一個(gè)悲傷的消息。

在歐洲,每年有1900起新的截肢案例。而機(jī)器人、康復(fù)科學(xué)、工程學(xué)能為這些人做些什么呢?至少在我寫這篇文章之前,它們能做的,非常少。

雖然多指義肢已經(jīng)在醫(yī)療市場上出現(xiàn)8年了,但是要實(shí)現(xiàn)我前文描述的景象現(xiàn)在仍然很難實(shí)現(xiàn),更別說整條手臂的截肢了。如果你失去了整條手臂,要實(shí)現(xiàn)上述的情景簡直癡人說夢。現(xiàn)在,只有世界頂尖的實(shí)驗(yàn)室才能解決這個(gè)問題,而前提是它們能夠吸取到足夠多的資金?,F(xiàn)在,世界上只有唯一一個(gè)成熟的機(jī)械義肢------DEKA義肢, 得到了FDA(美國食品藥品管理局)的批準(zhǔn)。該裝置由Segway的發(fā)明者Dean Kamen的公司開發(fā),尺寸與重量基本與成人的手臂一樣。該義肢由植入在殘留肢體中的肌動(dòng)電極控制。傳感器會(huì)收集上臂肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)的電信號(hào),而義肢中的計(jì)算機(jī)可識(shí)別出使用者的操作類型。雖然它在某一特定范圍的應(yīng)用較為成熟,但要造福廣大百姓還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

工業(yè)機(jī)器人還是摩托車?

我們研究中心關(guān)注這個(gè)問題已經(jīng)有10年之久了,并且一直在為打造自然靈活、值得信賴的上肢義肢而努力。

我們面臨著巨大的挑戰(zhàn):怎樣將義肢連接到病人身體、怎樣確保系統(tǒng)能夠讓病人做自己想做的事,怎么避免控制系統(tǒng)產(chǎn)生的錯(cuò)誤等等。我們與醫(yī)院和診所密切接觸,來了解病人的真正需求。

我們發(fā)現(xiàn):主要的瓶頸就是現(xiàn)在的義肢有點(diǎn)像工業(yè)機(jī)器人。它們最開始是為某一特定的人群打造,后來卻要運(yùn)用于其他的病人。因?yàn)槊總€(gè)病人的情況不一樣,因此要完成這個(gè)任務(wù)幾乎不可能。

我們需要一整套體系(包括傳感器、控制電子和義肢本身)能夠緊緊地和病人身體契合,并隨著時(shí)間的推移越來越契合。而對于系統(tǒng)來說是一個(gè)學(xué)習(xí)過程:一方面,基于機(jī)器學(xué)習(xí)的控制系統(tǒng)需要一直處于一種“提高”的狀態(tài),能夠越來越適應(yīng)新的環(huán)境;另一方面,病人也會(huì)隨著時(shí)間的推移對自己的義肢越來越了解,能夠向義肢發(fā)出指令。

這個(gè)過程有點(diǎn)像學(xué)習(xí)開摩托車。你需要了解引擎的力量、轉(zhuǎn)向裝置的穩(wěn)定性,還需要學(xué)習(xí)如何啟動(dòng)、控制方向、剎車等等。你練習(xí)得越多,你的技能就會(huì)越強(qiáng)。經(jīng)過一段時(shí)間之后,你將能游刃有余。而義肢也是一樣,你需要與它親密接觸,這樣日復(fù)一日之后,它才能成為你身體的一部分。

讓義肢不斷學(xué)習(xí)

我們使用這種機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來產(chǎn)生“不斷適應(yīng)”的效果,讓義肢與病人越來越合拍。算法可以將身體信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂浦噶?,在接受到熟悉的指令時(shí),義肢會(huì)作出相應(yīng)反應(yīng);而在接受到不熟悉的指令(比如當(dāng)時(shí)病人處于壓力狀態(tài),肌肉狀態(tài)與平時(shí)不一樣,這時(shí)義肢會(huì)接受到新的指令)時(shí),新的指令會(huì)添加到信息庫之中,這樣義肢今后遇到類似的情況將會(huì)作出相關(guān)反應(yīng)。

這種技能其實(shí)非常重要。義肢會(huì)遇到很多不同的場景,比如,穩(wěn)定地提起重物。想象一下:某個(gè)下午你在購物,不管你在走路、坐下、彎腰、蹲下,購物袋必須穩(wěn)定地掛在你的手上,因此你的手、手腕、肩膀等必須保持穩(wěn)定。而在康復(fù)項(xiàng)目的最開始,我們就要預(yù)測到這種情況;而碰到?jīng)]有遇到的情況,義肢就需要學(xué)習(xí)。

其實(shí),義肢的學(xué)習(xí)就是控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí),而控制系統(tǒng)要不斷學(xué)習(xí),就要讓它不斷和物體接觸,這就是康復(fù)的關(guān)鍵。此外,沒有哪個(gè)測試能迅速地產(chǎn)生效果。我們需要結(jié)合各種不同的物體、控制系統(tǒng)、義肢等等,一次一次試驗(yàn),讓系統(tǒng)適應(yīng)不同的日常場景。這就意味著我們的工程師、數(shù)學(xué)家、機(jī)器人學(xué)家必須將自己的技能與醫(yī)學(xué)、與病人結(jié)合,必須學(xué)習(xí)與終端用戶、醫(yī)生等接觸,并要從一開始就測試不同的機(jī)電整合模型。

前面道阻且長

義肢不僅需要解決生物排斥性問題,需要與人體完美契合,更重要的,它要具備學(xué)習(xí)技能。不過,現(xiàn)階段的現(xiàn)實(shí)還很殘酷,很多截肢的人并沒有辦法安裝上義肢,并且世界上至今尚未出現(xiàn)文章開頭提到過的那種康復(fù)中心。

要讓義肢真正造福有需要的人,我們?nèi)匀坏雷枨议L。從中長期來看,我們應(yīng)該開放義肢市場;而在短期內(nèi),我們需要提升義肢功能,讓義肢能夠不斷學(xué)習(xí),使之與用戶越來越合拍。只有這樣,我們才能真正讓殘疾人的世界變得更加美好。

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