3月2日，Cyberdyne HAL早年就精心研究造出的商品化的“可穿戴機器人HAL”獲得了在美國銷售的批准。
可穿戴機器人HAL是一款劃時代的、適用於腦血管疾患等或高齡造成的腿力變差的患者的腿部、步行功能自立動作支援的外骨骼機器人。
其實大家對於這種外骨骼機器人都並不陌生： 好萊塢科幻大片如《明日邊緣》中，外骨骼被湯姆·克魯斯和一眾士兵穿上後成為超級戰士，戰鬥力直接增強數倍；更有為大家所熟知的鋼鐵俠，穿上盔甲之後上天入地無所不能。
《明日邊緣》劇照
2004年，在日本政府的資助下，日本筑波大學教授山海嘉之成立了Cyberdyne公司，次年便在愛知世博會上推出其旗艦產品HAL（Hybrid Assistive Llimb，即混合輔助假肢），並憑藉這一系列機器成為日本最著名的機器人公司。
▲Cyberdyne創始人山海嘉之與外骨骼機器人HAL
今天我們就來詳細介紹一下這款智能可穿戴機器人HAL的神奇之處。
HAL的基本信息
1.什麼是HAL
HAL(Hybrid Assistive Limb)是可以改善、輔助、擴展身體功能的世界首個穿戴式醫療輔助設備。
HAL可以使“人”、“設備”與“信息”進行融合，不僅可以獲得極大的助力，為殘障人士提供支撐，甚至可以刺激腦部，以激發神經來重新學習養成運動感覺。
HAL重達23公斤，由充電電池驅動，續航時間接近2小時40分鐘。它可以通過運動神經元獲取大腦的神經信號，它最神奇之處在於可探測到皮膚表面非常微弱的信號，之後通過動力裝置控制肌肉和骨骼的移動。
在HAL的幫助下佩戴者不僅可以進行正常的日常生活，還可以完成站立、步行、攀爬、抓握、舉重物等高難度動作。
2. HAL的研發歷程
HAL由日本筑波大學山海嘉之教授（醫學博士/工學博士）主導研發，並由其創辦的日本筑波大學科技企業CYBERDYNE負責生產。
山海嘉之教授於1987年在同校的工學研究科博士畢業後，便開始了對於機器人的研究，通過將工學、腦部科學、神經性乃至心理學等各學科知識的揉和，開發出能夠依照人類意識所控制的機器人可穿戴設備HAL，並在2004年6月，依託此研究成果設立了CYBERDYNE公司。
經過多年研究所開發的可穿戴式機器人HAL，逐漸衍化出穿戴在腳上用於基礎訓練的看護型以及針對因脊椎損傷、腦溢血而癱瘓患者的康復型醫療設備，並於2014年3月在東京證券所創業板上市。
3. HAL的醫療器械認證
HAL作為醫療設備，早在2013年就獲得了歐洲地區的認可，取得歐盟的醫療器械CE認證，並納入了德國公立的勞動保險。
作為世界首個穿戴式醫療輔助設備，HAL在2015年即獲得厚生省新型醫療器械認證，在日本國內銷售。
今年美國食品和藥品管理局（FDA）批准正規醫療機構向美國用戶提供日本機器人HAL。
HAL的卓越特性
1. HAL的運行原理
人在運動時，首先由腦部發出指令，再通過神經向產生動作的肌肉群發出運動信號，這是一種非常微弱的"生物體電位信號"，可在皮膚表面被探知。
HAL通過獨自研發的貼附於皮膚的感應器拾取此信號，並通過處理器進行分析判斷，以感知穿戴者希望做出的動作行為，分析確認後，通過動力裝置帶動設備幫助穿戴者完成動作。
通過使用HAL，將“行走”這一動作的反射感覺持續不斷的反饋回大腦，一點一滴的重建腦部對行走所需要的指令及相關肌肉運動關聯，從而使腿部行動不便的人士，通過HAL恢復自力行走。
利用“生體電位信號”（人類在身體動作的時候，會在皮膚的表面會產生較弱的電位差，這便是生體電位信號）感測功能，機器人能夠感知到人的意圖，並隨之旋轉馬達，迅速動作。
如圖所示，HAL 在手、腳、肩膀、肘腕、腰和膝蓋等八處都安裝有固定的電動馬達。
穿上 HAL，抬著 40 公斤重的貨物也可像拿著幾公斤貨物時的感覺一樣輕巧，其用途有醫療現場扶助行動困難的病人、輔助殘疾人動作、支援需要強重體力的作業等，涉及各個領域。
2. HAL康復訓練特點
HAL穿戴簡易，可以供不同類型患友使用，不僅提供各種尺寸的腳型，還可以根據腰圍、步幅進行調整，通過各種細節微調，為患友帶來全身包裹的安全感，實現康復訓練。
訓練中，每位患友都具備獨立的數據管理，通過專用系統平臺，可以直觀的瞭解康復成效，並進一步優化康復訓練方案。
3. HAL與普通康復機器人的區別
普通康復機器人都是非智能型，是以同一頻率或者說被設定一個頻率運動，患友被固定在機器上做被動式運動（機器人一旦開動是停不下來的），這對訓練和保持患友下肢肌肉抑制萎縮起到很大作用，但作用還只是在表面，對神經迴路的刺激作用很有限。
而HAL採用的是主動型訓練，患友步行雖然還是靠機器人外骨骼的助力，但控制的不是機器本身，而是患友大腦發出的信號，通過對神經迴路的刺激，逐步重建腦部與肌肉運動的關聯，實現自力行走。
1.對於腦梗阻後雙腿癱瘓的患者
在平常的移動時，需要使用輪椅。使用HAL後，如果身體安定的話，可以無看護而獨自步行，並且對動作訓練的積極性提高了。
2.對於事故損傷頸椎，胸部以下癱瘓的患者
穿戴HAL後，屈伸膝蓋的話HAL能檢測出活體電位信號。HAL根據檢測出的信號帶動腿部動作，完成行走活動。
3.對於進行性帕金森患者
在無看護的情況下，光起身就十分困難，更別說保持身體平衡了。在穿戴了HAL，下半身的負擔減輕，可以站立、坐、步行，甚至走樓梯都能輕鬆完成。
4.右股關節骨折，站、坐困難的患者
在骨折的手術後，作為訓練導入，穿戴HAL進行站、坐練習。 由於負擔減輕，對訓練的積極性提高了。
最後我們來介紹一則中國患友赴日HAL康復實例：
患友基本狀況：
1. 脊柱損傷，胸6、8，受傷4年；
2. 無肢架（RGO）情況下仍無法直立；
3. 穿戴RGO能直立，腳跟能著地，靠腰力能邁步，無RGO能爬行；
4. 肌肉張力保持良好
這是該患友首次進行7分鐘HAL康復訓練後的實況，大腿（特別是右腿）僵硬，由腰部帶動；腿腳平移拖行；膝蓋無法彎曲。
這是患友經過1小時左右的HAL康復訓練實況，腳跟著地，然後腳趾蹬踏地面的動作逐步出現，本來相對僵硬的右腿也開始放鬆，膝蓋可自然彎曲。
仔細觀察動圖，可以發現，患友步行速度是不均衡的。正是因為步行動作完全由患友腦部指令控制，而非機器本身。
目前，HAL主要面向身體障礙者及老年人開發，租借給醫療機構和養老院；亦有面向體力勞動者開發的版本，用於建築施工或災害救援等。有研究表明，HAL與特別設計的康復遊戲配合使用，有助於身體障礙兒童的行走訓練。
雖然目前這些設備還較為笨重且價格昂貴，不過Cyberdyne公司一直致力於開發出更輕便且更便宜的型號，相信屆時將有更多的人憑藉這一技術恢復行動能力。
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