近日，2023（第四屆）中國康復機器人論壇（CRR2023）暨中國康復醫學會康復工程與產業促進專業委員會學術年會在廣州召開。大會以“融通科創鏈產業鏈服務鏈，促進康復機器人高質量發展”為主題，高等院校、科研院所、醫療機構和康復企業等相關機構和領域專家學者圍繞我國智能康復技術創新與產業發展，特別是康復機器人技術的現狀與發展趨勢進行熱烈研討交流，提出了許多新觀點、新思路和新問題，受到業界廣泛關注，值得康復科技人員深入研究探討。
01
康復訓練機器人：從“輔助訓練”到“智能治療”
隨著我國醫療技術的發展，腦卒中患者的致死率明顯下降，但大部分腦卒中幸存者一般會伴隨功能障礙，循證醫學指出重復性的動作訓練可以改善患者的運動功能。康復機器人的出現開始逐漸代替一部分康復治療師的體力工作，隨著康復訓練機器人技術的發展，康復訓練機器人在康復過程中承擔起越來越多的任務。智能康復訓練機器人如何能夠從當下“訓練助手”的角色一步一步完成向“智能醫生”角色的蛻變，或許在第四屆中國康復機器人論壇中能夠找到答案。
汕頭大學校長郝志峰教授提到“生成式AI+自適應康復訓練”啟示我們基于連續動態行為大數據，在不同環境和場景下研究人體行為整體測量方法，健康功能識別和風險評估技術，開發跨平臺統一數據交換和健康計算引擎的個體化健康行為AI干預系統。這也將加速推動康復訓練機器人從“訓練助手”完成向“智能醫生”角色蛻變。
另外，世界神經康復聯盟（WFNR）主席、英國皇家內科學院院士李常威院士在“RehabilitationresearchinRobotictreatment康復研究用與機械人治療”的主旨報告中，介紹了康復研究應用于機器人治療的途徑，強調了對比實驗在研究中的重要性。中國科學院自動化研究所研究員、復雜系統管理與控制國家重點實驗室副主任侯增廣研究員在“康復機器人的智能人機交互與康復評價”的主旨報告中也分享了康復機器人的智能人機交互取得的研究進展，分析并強調了主動康復訓練的重要性以及實施難點。
然而，著眼現實從康復治療師的角度來看，康復機器人真正替代康復治療師的工作還有很長的路要走。多場景適應、解放患者雙手、穿脫及成本問題都會是影響康復訓練機器人取代康復治療師的關鍵。
02
智能假肢：從“模仿形態”到“宛如手足”
對于肢體殘障人士來說，假肢的作用不僅僅是用于裝飾以掩蓋肢體殘缺，他們更希望能完全自主靈活地控制假肢，真正達到“宛如手足”的效果。在2023中國康復機器人論壇上哈爾濱工業大學、北京大學和中科院深圳先進技術研究院等多家科研院所致力于還原殘肢生理關節結構特性、準確解碼人體運動意圖和等方面的研究。目前，相關研究已經取得一定成果，特別是在假肢關節的仿生效果、人體運動意圖感知以及假肢與人體之間的人機交互技術等方面頗有成效。
吉林大學工程仿生教育部重點實驗室任雷教授的“仿生智能假肢設計-從仿生腳板到膝踝一體化”主旨報告，以人體骨骼肌肉系統和運動神經系統的基本規律和工作機理為切入點，從生物力學的角度出發，介紹了下肢關節仿生設計與控制系統集成設計和具有類人結構的生物啟發的上肢仿生拉壓體機械臂，并提出了假肢領域仿生拉壓體的設計展望，為推動假肢技術的發展做出了巨大貢獻。
哈爾濱工業大學機器人研究所副所長姜力教授以智能上肢假肢及其雙向神經接口為主旨，介紹了上肢假肢的生機電一體化、欠驅動機構、剛軟柔一體化設計、視肌電多模式共享控制等方面的發展，并提出了上肢假肢存在的解析再造、神經解碼、感知反饋和集成應用四大科學問題。圍繞“CyborgPlatformforUpperLimbHypoplasia”，日本電氣通信大學橫井浩史教授就自己團隊關于肌電假手中cyborg技術方面的研究進展進行了重點介紹。
北京大學工學院副院長王啟寧教授主要圍繞下肢膝踝假肢的結構設計、驅動設計、測試設備、人機接口和人機耦合系統介紹了本課題組的相關研究進展，并提出了面向運動功能修復與重建的生機電一體化機器人中存在的科學問題和主要挑戰，包括：人類行走機理和人機耦合系統動力學、機器人感知-結構-驅動一體化、人機雙向交互和神經接口、復雜動態環境人機感知運動融合和泛化學習。
靈活性仍然是限制智能假肢發展的關鍵之一。與生物關節相比，智能假肢在外形、自由度、人機接口等方面還要有更加苛刻的要求。因此，深度解碼人體運動神經信息，以控制較少主動自由度再現生物關節靈巧運動特性是智能假肢需要解決的關鍵問題。目前的智能假肢與人類肢體的自然運動還有很大的差距，實現多自由度、高仿生的智能假肢關節還有很長的路要走。
03
外骨骼機器人：從“步履蹣跚”到“如影隨形”
隨著我國老齡化趨勢的加劇，老年人的各項身體機能開始衰弱，日常行動逐漸遲緩甚至喪失。外骨骼機器人的推出為增強老年人或肢體功能障礙患者的運動能力帶來了希望，傳統的助行輔具也將逐漸被更加智能化、科技化的外骨骼取締。近年來，隨著人機交互技術的革新及外骨骼機器人自適應運動功能的改善，外骨骼有望協助功能人群實現無障礙行走。
第四屆中國康復機器人論壇上，中國科學院深圳先進技術研究院吳新宇研究員強調外骨骼機器人能顯著提高下肢功能障礙、衰退人群的運動能力和生活質量，結合多模態融合控制方法能解決兼顧準確性、全局性、魯棒性。北京航空航天大學機器人研究所丁希侖教授認為要加強人機步態適應性、結構驅動設計相容性和人機交互協調性。應將矢狀面、平面步態轉換到三維運動個性化步態，適應不同運動、結構特征的柔順驅動設計。
柔性外骨骼使用柔軟、輕薄且具有韌性的新型復合材料材料取代部分或全部堅硬、體量大和剛性的結構，以降低外骨骼本體重量、提升穿戴舒適度。香港中文大學湯啟宇教授介紹的柔性康復機械手，采集肌電信號和關節角度信號，配合自適應壓力控制算法控制機器人輔助訓練。為了克服柔性驅動器無法反向驅動的痛點，東南大學宋愛國教授團隊研制了一種基于混合驅動器的柔性手部可穿戴康復機器人，核心由多腔式柔性驅動器和記憶合金（SMA）彈性驅動器組成，通過構建融合柔性外骨骼手與交互式鏡像訓練系統，提高了使用者的主動參與訓練積極性。上海理工大學孟巧玲副教授指出柔性外骨骼的發展主要集中在在仿生性、人機交互性、安全性、成本和能源五個方面。并分別從柔性外骨骼手、重力平衡式肘關節外骨骼、肩關節軟外骨骼、柔性下肢外骨骼介紹了柔性外骨骼研發的關鍵技術。
輕便、靈活、多功能的外骨骼機器人對功能障礙患者的康復治療、功能輔助等無疑有巨大的幫助，外骨骼不僅可以將康復治療師或護工從繁重的體力工作中解放，也能提升功能障礙患者康復治療效率及生活質量。隨著外骨骼自適應及交互技術的不斷發展，未來的外骨骼與人有望融為一體。
04
康復機器人的“身”與人的“心”真的能夠“相融”嗎？
近日，中國康復機器人論壇在廣州召開，來自全國各地乃至海外的教授學者共同參與了本次論壇的討論。而腦機接口、人工智能等作為跨學科領域多學科融合的康復機器人智能化交互技術內容也在討論之列。
天津大學明東教授團隊打破國外公司對腦-機芯片與腦-機接口系統的壟斷，設計出擁有自主知識產權的腦-機芯片與腦電放大器系統，實現國際最快腦機交互系統的應用，填補了國內研究的空白，推動了腦機接口產業化進程。明東教授以腦電的應用出發，目前已經實現腦電在康復評估、人工神經機器人系統、腦控驅動外骨骼、腦-肌電控手部康復訓練系統、多模態重癥監護等方面的實際應用。未來，明東教授認為運動想象（MI）將成為重要的康復手段，而訓練功能性的腦-機接口將大行其道。
華南理工大學李遠清教授針對腦-機接口的應用范式展開，展示了腦-機接口在認知功能障礙方面的評估與訓練、情緒評估與調節、睡眠狀態評估等。并從產業化的方向展示了腦機接口與智能家居的結合可以幫助高位截癱患者恢復生活自信心，通過使用腦機接口實現對電視、空調、窗簾等家居的智能控制，將病人的心理狀態從抑郁轉向樂觀生活。同時，通過腦機接口對輪椅與機械臂的控制也可完成日常生活空間的轉移與物品取放、喝水進食等。
中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所楊洪波研究員針對智能康復設備能夠打破康復訓練單一枯燥乏味的特點出發，提出多通道融合的智能感知、多模式的雙向交互以及多元信息的智能決策等相關技術與康復機器人相融合。楊洪波研究員認為未來的智能康復將以腦-機接口為基礎，實現人的意圖與人體的嗅覺、味覺、聽覺、感覺等六大覺結合起來，真正做到將“身心融合”的手段與“以假亂真”的場景融合。
上海大學郭帥教授從康復機器人應如何應用到臨床這一問題出發，從應用的角度闡述了康復機器人在臨床方面的局限性問題。以這些問題為導向，郭帥教授提出使用云平臺的解決方案，將評估、診斷、康復訓練、遠程醫療等功能通過機器學習、大數據、物聯網等手段集成到云平臺系統中去，實現康復模式的標準化、智能化、可復制性，將康復系統實現真正的落地實施。
從本次在廣州舉辦的中國康復機器人論壇中，諸多國內外康復領域的專家將未來康復機器人的發展趨勢放在以腦-機接口為代表的智能交互方式上，除此之外，智能感知技術、物聯網技術、虛擬現實技術等都在康復機器人中顯現重要性，值得一提的是，生成式AI也出現在本次論壇的討論中。未來，以“智能”為主題的康復機器人將逐步出現在人們面前。
05
護理機器人是未來老年照護方式的“唯一解”嗎？
60后是幾個子女照顧一位老人，有錢出錢，有力出力。80后是一個子女照顧一位老人，時時刻刻，寸步不離。90后是一個子女照顧兩位老人，分身乏術，夜以繼日。然而隨著00后的父母老去，老年人的照護工作又將何去何從？
河北工業大學的郭士杰教授在“護理機器人研發及應用的國內外現狀與發展趨勢”報告中指出，以目前的技術人形機器人無法滿足多功能照護需求，單一功能輔助機器人逐漸進入養老院，減輕甚至代替養老院的護工人員的工作。但對于目前最難解決也是需求最大的問題-移位轉移，這一問題國內外的許多研究團隊至今也還沒有交出一份“滿分答卷”。郭士杰教授團隊提出了一種移乘轉移機器人，可以輔助患者進行移位轉移，減輕了護理人員的工作，但同時也表示這款機器人并不是移位轉運最好的方式，并提出自己對未來移位轉移機器人的看法：“未來的照護機器人必然還是人形機器人，它是一種具有多源傳感器融合的，并具有遙感控制系統的，多功能融合的照護管家機器人。”
隨著技術的發展，下肢運動障礙的老年人從使用傳統移動輔具已經過渡到移動輔助機器人，上海交通大學陳衛東教授指出目前移動輔助機器人面臨很多技術難題：高遮擋和動態環境如何建立精確的環境地圖；由于里程計誤差、復雜的地形結構、環境噪聲、動態障礙物等因素導致無法建立準確的觀測模型。陳衛東教授提出通過不同的傳感器來解決技術難點，建立動態定位能力矩陣來評估外部傳感器的定位標準。通過改進粒子濾波算法，改變外部檢測信息的權重來提高外部信息的精度。對于路徑規劃問題，陳衛東教授提出可以通過環境定位清晰的區域作為最有路徑規劃區域，通過存儲大量的地圖數據，將場景變化特征進行區分，基于時間序列的建模，經過預測的基礎上進行路徑規劃。在陌生環境地圖建立方法：通過機器學習識別環境，識別到相關物體，規劃路徑到達目的地。對于未來的研究工作，陳衛東教授表示隨著傳感器的不斷升級，各類傳感器的性能也在不斷增強，利用最新傳感器結合人工智能開發導航和環境的識別算法，通過長期的環境建模輔助設備進行預見性的導航。同時也提出一種通過添加機械手臂協同輪椅做更多的工作。
