美國漫威漫畫公司旗下塑造的超級英雄——鋼鐵俠托尼·史塔克，在物理學家協助下，利用方舟反應爐作為能量運轉來源，制造了一套裝甲殺出重圍后逃脫，得以化解各種危機，后來參與創立復仇者聯盟。男主角在影片中身著鋼鐵戰服與各路人馬打斗的場面驚心動魄，讓人大呼過癮。這套鋼鐵戰服材料堅固，可承受極大的沖擊力;加上精密的機械設計結構，得以完美契合人體，如同軟猬甲防身護體。正是得益于這種柔性的設計，鋼鐵俠才不會覺得戰服笨重而拖累自己作戰的靈活度，從而越戰越勇。

看似只能在電影里出現的柔性戰服，其實已經在日常生活中逐步走入了各行各業，例如部隊野外訓練、工人裝卸重物、癱瘓病人的肢體康復等，都有這種被稱為外骨骼的設備在為人體賦能。在自然界，蝦、蟹、昆蟲等節肢動物體表堅韌的外骨骼，有保護和支持內部結構、抵御外部惡劣環境、且自我修復能力強的作用。而人體借助于外骨骼這樣的黑科技，可以實現常人認為難于登天的極端條件作業、生物體神經系統重塑等一系列看似不可思議的特殊任務。近日記者通過電子郵件采訪了遠在英國工作的哈爾濱工業大學儀器科學與工程學院電測技術及智能控制研究所的曹天傲博士，他對本領域的新成果、新進展進行展望。

大量“黑科技”正應運而生

作為國家公派的高水平研究生項目年輕學者，曹天傲目前正在英國利茲大學電子與電氣工程學院輔助機器人與柔性外骨骼課題組開展關鍵技術的研發工作。曹天傲介紹，現有各種機器人具有剛性結構，限制了人體的自然運動，且人體生物關節與機器人不對齊，會造成極其嚴重的不舒適感覺，長久使用甚至會帶來關節勞損等負面問題。與之相比，柔性外骨骼是一種完全可穿戴的類似衣服的軟性設備，可包裹在人體肢體上，并與人體肌肉和韌帶平行工作，通過特定負載路徑將拉力傳遞到人身體上，并在生物關節處產生輔助扭矩。軟外骨骼的內在順應性使其慣性極低，并始終與生物關節“齊頭并進”。

由于這些有前景的特性，開創性的原型已在國內外的實驗室環境中紛紛開發出來。例如，由美國哈佛大學電纜驅動的軟腳踝、日本廣島大學氣動凝膠肌肉為基礎的軟肘部等，均已閃亮登場。同時，曹天傲博士所在的利茲大學和哈工大團隊聯手攻關，已經初步設計研制出了低成本家用中風康復柔性下肢外骨骼，其核心技術是采用氣動肌肉方法包裹患者肢體;各種低成本傳感器可以安在外骨骼外部，測量人體運動時候的速度、位置、轉角等信息，進而利用這些力學參數給出特定的康復效果量化評估。一些生物傳感器也能安裝其中，捕捉人體運動時的肌肉電信號。部分微型傳感器甚至像縫衣服一樣被縫入內部。

外骨骼加持，讓科幻變現實

借助柔性外骨骼，一系列過去只能在科幻作品中發生的故事，已能在人間重現，并有望改寫人類經驗和認知。如肢體障礙者恢復行走、人體步態研究、特殊物件傳遞交接等，完全可以憑籍外骨骼創造奇跡。特別是在中風康復方面，隨著柔性外骨骼的深度介入，極有可能帶來革命性的突破。在接受記者采訪時，黑龍江省中醫學結合學會眩暈癥分會主任委員、哈爾濱醫科大學附屬第一醫院神經外科四病房碩士研究生導師謝春成教授介紹說：中風又稱腦卒中，是由于腦部血管突然破裂或因血管阻塞導致血液不能流入大腦而引起腦組織損傷的一組疾病。全球每年約有1500萬人新發生腦中風，其中超過500萬人死亡。

統計數字顯示，城鄉合計腦卒中已成為我國首位死因，也是中國成年人殘疾的首要原因。謝春成解釋，身為高發病率、高死亡率、高致殘率的腦中風，其所釀成的腦組織損傷主要是神經細胞受損，致使神經通路阻斷，大腦不能有效地控制肢體并按個人意圖運動，因此通常形成偏癱、肌肉萎縮，帶來感知和運動功能障礙。而運動障礙往往不對稱地累及兩側肢體，最終四肢癱瘓。其中25%至74%的幸存者需要輔助各種器具或完全依賴護理者才可進行日常生活活動。當前，傳統的康復治療手段通常依靠康復理療師手動帶動殘疾者的患肢施行被動訓練，訓練策略比較單一;而且這種康復需要理療師付出較強的體力勞動，患者通常難以得到足夠強度與頻次的康復訓練。

殘障人士擺脫輪椅不是夢

面對上述物理治療的現狀和巨大缺口，將柔性外骨骼設備套在病人的患肢上，即可按照特定的程序進行重復不間斷、不知疲倦的康復工作，完全有望滿足康復訓練要求。尤其是在疫情防控期間，患者無法前往醫院，或者身在偏遠的海島或山村里，同樣可以利用互聯網和柔性外骨骼搭建遠程醫療平臺，指導卒中病人穿戴上可重構的外骨骼裝束，在家接受相應的個體化互動康復鍛煉。遠程醫師可在線監控康復治療的全過程，在出現問題時，會根據患者的感覺反饋做出及時的評估和干預。謝春成認為，在外骨骼的助力下，卒中病人可望逐漸恢復原有運動功能，打通神經通路，重塑神經系統，逐步回歸患病前的狀態，重返社會。

展望未來，曹天傲博士表示，相信不久的將來，人們佩戴柔性軟外骨骼就像日常穿衣一樣簡便舒適，融入公眾生活中的一部分，協助正常人身姿更矯健、動作更靈活、任務完成更出色。而中風偏癱、漸凍癥、重癥小兒麻痹病、嚴重車禍致殘的特殊人群則有望擺脫輪椅的“束縛”，在外骨骼加持下，像電影里強大的“綠巨人”和“機甲戰士”那樣，重獲生機與活力，重新站起身來，書寫人生的第二春!(通訊員 衣曉峰 記者 李麗云)

關鍵詞： 柔性外骨骼 殘障者 癱瘓病人 肢體康復