医谷编者按:上周,医谷发布了一篇《机甲战士不是梦:Rewalk、EKSO、CyberDyne HAL三家外骨骼机器人深度比较》,可以预见,以外骨骼为基础机器人未来会有巨大的发展空间,不过其原理和未来研究方向具体如何?我们来看看这篇文章。
外骨骼系统的原理
外骨骼系统通过患者大脑意识活动性进行控制,大脑活动性由放置在患者大脑皮层上的电极探测到。信号将无线传输至使用者携带的计算机系统上,再转换成机械动作。传感器结合机械外骨骼结构,能够将触觉、温度和力量信息反馈至使用者。
要读取大脑中的指令,需要把电极直接植入瘫痪患者的大脑中。在放置电极时,不仅要把电极植入颅骨下的脑组织内,而且还要能同时探测大脑皮层上的更多神经元。运动皮层是大脑内负责产生运动指令的区域,它发出的指令通常会传递到脊髓,控制和协调肌肉活动,因此很多电极都会植入运动皮层。要处理来自传感器的海量数据,还要为瘫痪患者专门研制新一代神经芯片。这些芯片与微电极一同植入患者大脑后,它们就可以提取出控制全身外骨骼所需要的初始运动指令。在数字指令的驱动下,穿着外骨骼的患者会逐渐迈开步子,调节自身行进的速度,甚至可以屈膝、弯腰、爬楼梯。
外骨骼系统的发展
外骨骼(Exoskeleton)的最初概念来源于生物学,是指为生物提供保护和支持的坚硬的外部结构,比如昆虫身上能够起到帮助行动以及保护身体不受伤害作用的外骨骼。人类受此启发便开始了机械外骨骼技术的仿生研究。通过能源装置提供外动力,机械传动系统及控制测试系统,保证人体各种动作于机械之间的协调性。外骨骼系统将机械和人体实现完美的融合,从而帮助人体完成各种动作和提升效率。
外骨骼系统的最早研究始于20 世纪60 年代。最早的人体外骨骼助力系统是1966年GE研制的Hardman助力机器人。2000年,美国五角大楼高级研究计划署投资数千万美元开始为期7年的机械外骨骼的研究计划(EHPA)。2002年,第一件具有划时代意义的机械外骨骼衣(XOS)诞生。2004年,日本机器人专家山本嘉之教授推出他的全身机器外骨骼HAL-5,HAL-5没有采用传统的液压式传动系统,而是将感应器附着到使用者上,实现微小肌肉信号的检测,从而使机械能够学习使用者的自然姿态。2010年,美国研制出比XOS1性能更加完善、更加轻便和强壮的XOS2。同年,新西兰一家公司发明了全球首对仿生机械腿“REX”,安装在下身瘫痪者的腿上,能支撑身体,帮助他们重新站起来。借助它使用者可以轻松地站立、行走,甚至上下楼梯。这种装置重量为38公斤,由一个轻便充电池提供动力,充电一次可全天使用。今年9月12日,以色列外骨骼系统提供商ReWalk Robotics公司美国纳斯达克成功上市。ReWalk Robotics公司旗下共有两款产品,分别是ReWalk 个人版和ReWalk 康复版;前者主要适合家庭和工作环境使用,后者则是用于临床修复。公司旗下的Rewalk个人版2012年底拿到欧盟CE认证,2014年6月通过FDA认证,从而成为是第一款通过FDA认证的个人使用产品。
外骨骼系统的研究方向
虽然外骨骼系统方面的研究取得了很大的进展,然而现实中还有许多问题需要解决。目前外骨骼系统主要通过采集肌电信号和力反馈的方法来获取穿戴者的运动意图,肌电信号采集的方法有很严格的外界环境限制,一旦信号采集的地方发生微小的变化(如流汗等)就会干扰信号的采集;而力反馈法具有本质上的滞后性,当穿戴者做出快速的运动或者高难度的动作时就会有阻碍感。另外,外骨骼主要通过捆绑的方式与穿戴者连接在一起,捆绑处因肌肉的收缩、伸展产生的形状变形会很大程度上影响外骨骼的定位精度。
外骨骼系统是一个复杂的人机耦合的一体化系统,对于其控制系统研究是重中之重。关于控制系统的研究,目前有两个大的方向,即外骨骼系统内控制以及基于网络技术的远程控制系统。另外,就是关于材料即人造肌肉纤维的研究。利用电压变化使人造纤维收缩或伸张来产生力量来取代目前通用的液压驱动系统,从而解决液体渗漏和人机间的磨合期问题。 而早在1999年8月,德国、美国、澳大利亚和意大利同行合作研制出人造肌肉纤维,这种人造肌肉纤维不仅能适用于人类的移植和修复手术,还可以作为机器人的运动构件,或者作为高灵敏度传感器的材料。2008年,美国加州大学洛杉矶分校的研究人员制造出了一种人造肌肉,它能够自我愈合并能够储存电能。可以预见,人造肌肉将会出现在新一代的外骨骼系统上,通过人类意识控制人造肌肉的收缩和舒张来达到人体与机器之间的协调。
来源:医疗器械创新网
为你推荐
资讯 未来五年,扩大优质医学本科和硕士招生规模,全面落实适龄女童HPV疫苗的免费接种
未来五年,将通过优质医学本科和硕士扩大招生规模、农村订单定向医学生的培养、大学生乡村医生专项计划等,医教协同,继续扩大医学生培养数量。同时进一步增强岗位吸引力,在薪...
2026-09-14 17:28
资讯 康方生物依沃西头对头K药总生存期超预期
研究结果显示:较帕博利珠单抗,依沃西一线治疗PD-L1阳性晚期非小细胞肺癌(NSCLC)显著延长患者总生存期(OS),达到预设统计学显著性并具有明确临床获益;预设亚组分析总体上...
2026-09-14 16:13
资讯 化学药品的有效期如何管理?
考虑到化学药品的稳定性考察指标仅为关键代表性指标,并不能涵盖药品所有组成成分(包括原料、辅料等)及包材的质量,稳定性考察条件也不能涵盖所有的应用场景和药物储存环境等。
2026-09-14 11:31
资讯 朱保国退休,健康元与丽珠集团同日更换董事长
9月12日,健康元与丽珠集团同时发布公告,64岁的“太太口服液”创始人朱保国因退休原因,辞去两家上市公司的董事长及所有相关职务。不过朱保国仍为健康元、丽珠集团的实际控制人。
2026-09-14 10:38
资讯 国家医保局再曝河北医科大学第二医院医药购销商业贿赂案
国家医保局分析近3年医药购销领域商业贿赂案源信息,发现部分医疗机构内部教育管理宽松软,其工作人员收受失信企业商业贿赂次数较多、金额较大、持续时间较长。
2026-09-13 20:30
资讯 国内首个大型IMSD科普艺术展《一起刷新自在》在沪开幕
本次活动以患者影展为核心载体,搭配三大主题互动以及三大疾病领域的科普,生动呈现患者从身心受困到奔赴自在生活的全新历程
2026-09-12 19:11
资讯 一省要求基药配备使用占比不低于70%
《关于做好基本药物优先配备使用工作的通知》要求省级卫生健康行政部门要结合药品使用监测数据和地方实际,统筹指导各级公立医疗卫生机构确定基本药物配备品种数量占比、基本药...
2026-09-12 10:42
资讯 周六上午10点:2026医保数据发布系列公开课—3.0版分组方案地方落地专题分析(合肥)
国家医保局:2026医保数据发布系列公开课—3 0版分组方案地方落地专题分析(合肥)
2026-09-11 18:08
资讯 国家医保局召开手术机器人专家座谈会
9月11日上午,国家医保局组织召开手术机器人专家座谈会,华科精准、上海微创、美敦力、直观复星、深圳精锋、北京天智航、史赛克等7家国内外手术机器人厂家代表,广东省人民医院...
2026-09-11 15:04
资讯 8款产品拟纳入创新医疗器械特别审查程序
9月9日,国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心发布创新医疗器械特别审查申请审查结果公示(2026年第15号),共有8款产品拟纳入创新医疗器械特别审查程序。
2026-09-11 14:29
资讯 医用耗材第七批国家集采拟中选结果发布
9月10日,第七批国家组织医用耗材集中带量采购在天津正式开标。本次集采共纳入23种消化介入类医用耗材,共有156家企业的558个产品投标,最终148家企业的517个产品中选。
2026-09-10 22:26
资讯 华东医药自研ADC HDM2005入选国家科技重大专项
HDM2005项目进度位居全球临床研发第一梯队,且是国内首款获得FDA快速通道资格认定的靶向受体酪氨酸激酶样孤儿受体1(ROR1)的 ADC在研产品。
2026-09-10 18:55
资讯 翰宇药业GLP-1R/GIPR/GCGR三靶点临床试验申请获受理
9月10日,翰宇药业发布公告,公司与深圳碳云智肽药物科技有限公司合作开发HY3003注射液近日收到国家药品监督管理局核准签发的临床试验申请《受理通知书》,受理号为CXHL2601095...
2026-09-10 17:45
资讯 蚂蚁阿福最新用户数达到1.5亿
9月10日,在上海外滩大会健康产业发展见解论坛上,蚂蚁集团副总裁、蚂蚁健康事业群总裁张俊杰披露,基于在健康管理服务上的持续探索,蚂蚁阿福App最新用户数已达1 5亿,用户单...
2026-09-10 16:17
资讯 中国首个且唯一,诺和盈获批代谢相关脂肪性肝炎适应症
适用于治疗代谢相关脂肪性肝炎(MASH)伴中重度肝纤维化(符合F2-F3期纤维化)的非肝硬化成人患者,成为首个且唯一获批用于治疗MASH的GLP-1RA类药物。
2026-09-10 12:43
资讯 阿斯利康重磅乳腺癌新药获FDA批准
9月4日,阿斯利康宣布,其Etcamah(camizestrant)与细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK) 4 6 抑制剂(哌柏西利、瑞波西利或阿贝西利)联合用药已获美国 FDA 加速批准,用于治疗在...
2026-09-10 10:37
资讯 英矽智能首款AI药物完成III期临床首例患者给药
9月10日,英矽智能宣布其首款AI药物Rentosertib(ISM001-055 INS018_055)III期临床试验(CTR20262475,NCT07687459)已在中国北京协和医院完成首例患者入组并给药,同日上...
2026-09-10 09:56
资讯 恒瑞医药双靶点GLP-1/GIP糖尿病适应症申报上市
9月9日晚间,恒瑞医药发布公告,江苏恒瑞医药股份有限公司子公司福建盛迪医药有限公司近日收到国家药品监督管理局下发的《受理通知书》,公司瑞普泊肽注射液的药品上市许可申请...
2026-09-09 22:31
资讯 迪哲医药非共价LYN/BTK双靶点抑制剂比瑞替尼II期临床研究,ORR 47.6%,CRR 31.0%
今日,迪哲医药宣布,公司自主研发的全球首创、可完全穿透血脑屏障的非共价LYN BTK双靶点抑制剂比瑞替尼(birelentinib)单药治疗复发 难治弥漫性大B细胞淋巴瘤(r r DLBCL...
2026-09-09 16:50


