穿上“钢铁战衣”走路后 我看见另一个世界

• 2021-11-24 08:53:29 来源：极客公园

作者 | 凌梓郡

编辑 | 诗婕

很长一段时间，脊髓损伤在科学上被认为是不可逆的。生长在人脊椎里的中枢神经，损伤后也不再恢复。人的功能丧失，就像断裂的电路不可以再传递信息。不过上世纪 90 年代的研究发现，重复的踏步动作可以让「断电」脊髓重新控制运动。

2003 年，在清华精密仪器系攻读博士后的帅梅开始了「仿人机器人」（humanoid robot）的学术研究。六年后，在先前基础上，她将研究的目标转向了下肢外骨骼机器人。2016 年，她创立了大艾公司，其所生产的外骨骼机器人被运用在临床实验中，对脑瘫、截瘫患者起到了明显的疗效

今年 11 月，我在大艾体验了外骨骼下肢。

01 「15 年不如这 5 天」

以膝盖为分界点，我被量了小腿和大腿的长度。座椅一样的器械调好，我就坐了进去，脚、膝盖、大腿、腰部、肩膀全部被绑带固定好了。随着身体被机器一点点牵引至站立，我有些兴奋，人体就这样便能和外骨骼下肢「共生」行走。

位于北京大兴区的大艾公司也是一个康复训练基地。办公区下一层，地面被贴纸划分为几个区域，十几台外骨骼机器人靠墙摆放，每天都有病人来这里训练。

对我而言，试穿这些外骨骼机器人是一次「特权」。它们的功能在于帮助瘫痪或行走不便的人群进行下肢康复。

「落地的时候重心可能会向前倾一下，不用害怕。」一直陪同的小满对我说。她是大艾的实习生。陪其它瘫痪人士第一次试用时，她总这样习惯性嘱咐，不过于我有些多余。

从腰肢以下都像被树藤缠绕着，也像被一只巨掌握住，重心轻微晃动，我几乎无觉察，但是对于长期卧床的病人而言，乍一站立，很可能出现体位性低血压。

站立是人基因中的本能，行走也是。当我使用助力模式，机器给力 60%，剩下 40% 靠自己。每次用力蹬步，碰到地面，脚底的喜悦就像本能一样传来，期待着下一步。每一步都像一个笨拙的亲吻。

试穿大艾机器人 | 极客公园现场拍摄

「我这 15 年活得不如这 5 天。」大艾机器人 CEO 帅梅记得很清楚，2018 年，15 岁的小姑娘安琪，对她说了这句话。那时候安琪选择在高二下学期休学，有了时间来公司集中训练。使人意外的是，仅仅训练了 5 天后，她就可以穿戴下肢机器人拄拐自主行走。

「高考对我来说确实挺难的，而且就算我考上了，身体条件也不允许我去读」。由于大脑运动区域先天欠发育，写字对她来说是不那么容易，在规定时间里用手把考卷写完就是一个挑战。现在安琪 19 岁了，聊天时，她骄傲地向我展示字迹工整的笔记本，最初学写字时，她写一个字要花 40 分钟。

妈妈比喻，女儿的状态是「脑细胞无法支配身体的零件」。由于出生半个月才确诊脑瘫，没有及早干预，一两岁时，医生对安琪希望仅仅是：日后能够坐起来、双手做到合掌的动作就行。一家人一直努力康复，但是没有什么训练手段能够教会她走路。大约 7 年前，她在康复中心尝试过一次用拐杖，完全站不住，整个人往后倾倒。「然后大家就知道，安琪不行。我就再也没有用过拐杖了。」

是机器人开始教会她怎样使用双腿。让她体验「独立行走」的艾动机器人大约重 20 公斤。和我穿戴的外骨骼还有一些不同，只有腰腿部的钛合金骨骼架，没有外围的站立辅助支架。

安琪一开始尝试带着框架辅助的外骨骼进行训练，大艾机器人 CEO 帅梅看到安琪的状态挺好，提议她试一试穿另外一款，拄拐杖走。

最早研发外骨骼机器人的时候，帅梅并没有设想能帮助到像安琪这样的「脑瘫」患者。安琪也没有想象过自己的余生能够摆脱轮椅。现在，她能够用肘拐走路，最大的愿望是继续摆脱拐杖，多出一只手，就可以更好地照顾自己。

外骨骼机器人艾康（左）、艾动（右）|来源：大艾机器人

02 机器向人学，再教会人

对帅梅而言，研发外骨骼机器人，可以追溯到她 03 年在清华精密仪器系做博士后。刚开始，她的研究方向是「仿人机器人」（humanoid robot）。

那时她研究如何让机器人模仿人行走。她向我回忆，当年她所在的团队做成的「中国第一个崎岖路面上行走的仿人机器人」，在地上随意撒一把从 5 毫米到 2 里面高低不等障碍片，小机器人能够跨越障碍走过去不摔倒。「这也为所有的技术打下了基础。」

对人而言，脚下突然遇到凸起，会条件反射做出反应，甚至能够瞬间调整重心避免摔倒，这源于自我保护的本能。让机器人习得这样的「本能」却不容易，帅梅团队的策略是通过算法计算脚底受力，再依此来调节腿和躯干的步态。

帅梅 2006 年发表论文中的五轴仿人机器人系统示意图 | 来源：IEEE

那时，仿人机器人是一个前沿的学术领域，而帅梅希望做出能够实际应用的技术。用作医疗器械的「外骨骼机器人」成为了合适的选择。最初设计时，她的目标是做帮助老年人和偏瘫患者恢复行走功能的机器人。

或许是研究过步态，让她对人的走路姿势多一分敏锐。交谈时，帅梅不时从椅子上起身，模仿各种走路姿势。她脚底贴着地面，左右脚挨在一起，相互向前撮挪——一次在地下通道，她看见一个老大爷用这样的姿势走路，「我就在想，人到老了如果都是这样的一个状态，生活就会很悲哀。」在北航校园，她经常看到走路不便的退休教师，母亲年纪变大，腿脚也逐渐不便。

以仿人机器人的技术积累为基础，研究外骨骼下肢的步态研究、控制方式、机构设计，在技术路径上也顺理成章。于是在 2009 年左右，她将研究的目标转向了下肢外骨骼机器人。2016 年，大艾公司成立，开始产业运作。在临床实验中，她发现下肢机器人对脑瘫、截瘫患者都有明显的疗效。

一年后的 2017 年，邵海鹏在北京第一次穿上了大艾机器人。「坐着看世界和站着看世界，那是两个世界」。

半年多前，做电焊工作的他从 17 米高的地方坠落，安全带折断，腰部到胸部的第 11、12 截脊椎断裂性骨折。从此，他成为一名截瘫患者，肚脐两三寸之下再没有知觉，之后就没有这样「自然地」站起来过了，被机器人带着向前走的时候，双腿依旧没有任何知觉。但他觉得「跟自已走一样，就闭着眼睛往前走」。

没有知觉，大脑也无法指挥腿部。做理疗时，康复师一边将他的腿抬起，一边让他用「意念」想象自己的腿能够抬起——邵海鹏对截瘫前的走路状态还有记忆，而对从没有用双腿走过路的安琪来说，寻找站立的姿势则需要两个人辅助完成，一个人扶着腰，一个人扶着腿。

「很多人都有一些误区，认为做一个外骨骼，只要能让这个人站起来走几步，就彻底解决了问题。」帅梅向我解释，普通人拥有自主平衡的能力，外骨骼则是要教会病人在步行的动态中平衡。由于技术上的创新和临床疗效的验证，大艾机器人在 2018 年获得中国首个外骨骼机器人 CFDA 注册证（这意味着医疗器械可以作为产品进入市场）。

过去很长一段时间，脊髓损伤在科学上被认为是不可逆的。生长在人脊椎里的中枢神经，损伤后也不再恢复。人的功能丧失，就像断裂的电路不可以再传递信息。不过上世纪 90 年代的研究发现，重复的踏步动作可以让「断电」脊髓重新控制运动。

这与大脑通过中枢神经传递信号控制运动不同，更像是一种经由外界刺激、被动训练的回路。「通过机器人被动行走，向身体输入信号。细胞的生长是局部的。」三甲医院的康复医师陈思婧向极客公园解释。

至少目前科学家已经发现，脊髓回路具有某些「可塑性」，并且能够触发一定的功能。但是中枢神经损伤依旧是世界级的学术难题。对于那些带着「学术难题」去生活的病人而言，他们更想通过训练去解决细小而具体的问题：比如蹲下来可以再站起来、放开拐杖能够多站一会。

03 「每天 1 毫米」

到了 2019 年春天，16 岁的安琪想走出家门。

经由外骨骼机器人，她的双腿已经学到了走路姿势，她想试一试在没有「机器教练」的帮助下，用自己的双腿探索世界——目标是小区院子外、八车道马路对面商场里的冰淇淋店铺。这条妈妈日常用 15 分钟走完的路线，她走了 4 个小时，但这是她第一次「独立」行走。第二天起床，她看见手肘上鼓起了鸽子蛋大小的肿包。昨天拄着肘拐的劳累让她得了腱鞘炎。

但她忘不了在那个春天里品尝了冰淇淋的甜。现在她走同样的路线，从家去到商场，只需要 40 分钟。

「姐姐，你去跑马拉松，跑得气喘吁吁所用的那些力量，可能就相当于我走了一小步。」安琪对我说。

拄着肘拐的安琪 | 来源：受访者

这年底，瘫痪坐轮椅 8 年的王先生在抖音上刷到了大艾机器人，于是租了一辆在家训练。他找回了拥有双腿的感觉，能够半夜自己翻身。双腿开始生长肌肉，从前因肌肉萎缩而「像塑料皮一样」皱起的表皮开始恢复弹性。和我说话时，他拍着自己的大腿，「现在拍这里有感觉了」，使用大腿的力气，他可以把小腿微微抬起。

按照通常的医疗判断，瘫痪后最好的恢复期是半年内。从这个角度而言，邵海鹏比王先生幸运很多，刚瘫痪 6 个月就遇到了大艾机器人。20 多岁的他坚持训练，恢复得很快，还在 2018 年穿着机器人用 9 天时间走完了全程的马拉松——那些晚上，各种疼痛让他失眠，淌下的汗渗在床上形成一个「大」字，但下身的知觉每天都往下扩散。这种感觉一直持续到马拉松之后的一段时间，「用手可以摸出来，每隔一两天就会往下移一两指」。

现在，邵海鹏使用肘拐能够蹲下来，再自己站起来，这意味更大的自由：出门走累了，可以停下休息，再继续走。他想做一件事：骑车环游中国，到每个地方的残联，可以停留几天跟人们交流康复经验。要真的实现这个愿望至少需要一笔钱，和一辆耐用的车。目前他正在家里手动做一辆「躺车」。

邵海鹏想用来环游中国的「躺车」示意图 | 来源：受访者

即使瘫痪了五六年，通过训练也能缓慢进步。陈思婧向极客公园介绍，「以前可能会觉得病程两三年，差不多就定型了」。在康复医院工作的她有机会观察到，一些病人在五六年、甚至十年的时间跨度中，都在逐渐恢复。

在求医的过程中，一位康复医院的专家对王先生说：可能你每天都在恢复，假设神经系统有 1000 米，你可能每天只恢复 1 毫米，只是速度慢而已。

下肢瘫痪会带来一系列的「废用综合征」。身体机能异常首先会影响泌尿系统，日积月累就容易得尿结石、肠胃病。肌肉萎缩、神经疼也伴随左右。曾有一位康复训练的病友，白天还与他一起训练，半夜便自杀了，「一定是疼得心脏受不了了。」他也经历过整整 24 小时的神经疼，身体对止疼药已经产生了耐药性，只能靠意志挨过去。

现在，他感受到相信的力量。就像一直拿着刀剑战斗，突然发现了一辆坦克，「如果此前内心的希望是 10%，现在是 70%」。他不时在网上关注最新的技术进展，希望有一天可以恢复到像普通人一样。

在康复医师看来，下肢机器人是一个工具，能产生很好的效果，但更重要的是康复医生如何去使用它，需要制定适合病人的治疗方案。想取得长期积累的疗效，每次使用的时长、频率、助力的参数不一。方案需因人而异。比如有的病人勉强能走，却有一条腿伸不直，这就需要医生去探索如何灵活使用、与其它的训练一起配合。

2018 年的一次展会上，北美康复工程与辅助器具协会的主席，Mary Ellen Buning 女士在大艾的展台前与帅梅交流了一个小时。Mary 是一位高位截瘫患者，她对帅梅说，希望大艾的产品能够帮助到美国的瘫痪人群。

美国很早就有了外骨骼机器人，像 Rewalk 公司的产品已经商业化。与大艾机器人不同的是，它适用于已经可以勉强站立的人群，穿戴后行动不便的人就能够自如运动。这样的产品很难帮助一个下肢无力的人站立起来。「它适应患者类型相对较窄。」帅梅解释。

陈思婧从康复训练的视角介绍，当病人有基本行动能力，力量足够，但是不能很好地控制动作，就需要更细致地矫正动作。这方面她用过辅助性最强的外骨骼是加拿大的 Keeogo。这款外骨骼能够在上下楼梯时实时计算关节的角度和用力，并通过算法施加外界干预和指导。

Rewalk（左） 和 Keeogo （右）的外骨骼

离开大艾时，小满把我送出门。她学的是康复专业，毕业后想留在这里工作。闲聊中她告诉我，之所以选择这份专业，与家人先天性残疾有关。只是目前的科技，尚无法有效解决她家人所面临的问题。

我们陷入了一段沉默。

不过，「微小」的改善能让她在工作中获得满足。她教病人怎样使用机器人，「有一个病人瘫痪 18 年了，下肢的感知正在恢复，力量也一点点练出来了，他有信心有朝一日能站起来。」看见他们站起来，「我也会跟着高兴」。

（应采访对象要求，小满为化名。）

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