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繁榮的養老市場,一套「行走的神器」爆紅

2024-10-14科技

隨著國家一系列人口政策出台和落地,大眾對老齡化行程有了越來越具體的感知。伴隨著人口結構帶來的緊迫感,應對老齡化的銀發經濟、老年健康產業迎來市場機遇。

智能技術作為高效保障老年人健康的方式之一,已成為大勢所趨。【「十四五」國家老齡事業發展和養老服務體系規劃】提出,要促進老年用品科技化、智能化升級;具體到產品上,要發展外骨骼康復訓練、認知障礙評估和訓練、溝通訓練、失禁康復訓練等。

其中,運動能力對老年人身心健康、社會生活參與度乃至整體生活質素都有著直接影響,而外骨骼機器人作為熱門的智能化產品,可幫助患病老年人恢復行走功能或增強助力,將在老年人的康復治療、健康維護、日常生活等多個層面發揮價值,堪稱「行走的神器」。

驅動技術叠代,外骨骼機器人發展迅速

20世紀60年代,下肢外骨骼技術開始發展起來,最初用於軍事,而後被逐步用於康復治療領域,國外研究早於國內。20世紀80年代開始,外骨骼機器人的研制與套用在全球範圍內獲得普遍的高度重視,並且在醫療、工業與軍事領域全面發展。

外骨骼機器人的驅動技術直接影響產品效能和穿戴性,也是影響其未來發展的重要因素。

近年來,驅動系統的叠代推動了外骨骼機器人發展:在傳統驅動技術的基礎上衍生出使用氣動肌肉、電活性聚合物、磁流變液等新型致動器的驅動技術,在傳統致動器的基礎上發展出柔性/可變剛度致動器,創新驅動技術的同時也為國內外科研人員提供了新的研究方向。


外骨骼機器人的驅動技術、致動器以及優劣勢匯總,資料來源:【醫療衛生裝備】

國外已有多款代表性的外骨骼機器人套用於醫療領域,尤其是用於康復訓練。

以色列公司Lifeward(原ReWalk Robotics,2024年9月宣布更名Lifeward)研發的下肢外骨骼機器人ReWalk,適用於脊髓損傷、不完全截癱、中風等患者,幫助患者恢復行走能力,是全球首款獲得FDA的外骨骼機器人。ReWalk主要由連線兩側髖關節和膝關節的機器人步態裝置、外部電池組、無線模式選擇器和傳感器組成。

EksoNR是美國Ekso Bionics開發的一款外骨骼機器人,用於卒中和脊髓損傷、獲得性腦損傷患者的康復,包括創傷或動脈瘤、腦腫瘤、氧氣損失或其他疾病導致的損傷;EksoNR的適應癥還擴大到多發性硬化癥。

此外,日本Cyberdyne、瑞士Hocoma、美國Parker Hannifin、紐西蘭Rex Bionics、南韓三星等公司也推出了多款外骨骼機器人。


不同動力關節的下肢外骨骼機器人,圖片來源:【生物醫學工程學】

在全球範圍內,外骨骼機器人在幫助肌能衰退的老年人進行康復訓練、提高老年人行走能力和生活質素方面都發揮了舉足輕重的作用;同時,技術快速叠代,產品逐步走向機械化和智能化。

探索技術融合,康復套用趨於多樣化

盡管國內的外骨骼機器人研發套用起步相對較晚,但隨著科技研發投入加大、機器人研制技術演進以及跨國企業在國內布局,國內已湧現出一批外骨骼機器人創新研發公司,其產品套用於不同的康復訓練。

國內已獲二類醫療器械審批的部份康復外骨骼產品,資料來源:國家藥監局、各公司官網

造成運動功能障礙的原因眾多,患者所需的治療方式不一。以下肢外骨骼機器人為例,產品主要是輔助患者進行站立及行走,動力關節主要是髖、膝和踝,讓髖關節實作屈曲伸展,膝關節實作屈曲伸展,踝關節實作背屈和跖屈。整體來看,下肢外骨骼康復機器人主要起到了步態矯正、增強助力、運動代償等作用。

步態矯正方面,下肢外骨骼機器人在康復醫療機構已有大量套用,其主要特點在於擁有多個主動關節,以及先進的傳感和意圖辨識技術。 這類器材專註於步態的矯正,同時避免二次傷害和機器剛性摩擦,其設計核心在於準確辨識患者的運動狀態,並提供安全的矯正力。

這些產品中,程天科技推出的悠行UGO康復外骨骼適用於脊髓損傷、腦卒中、下肢肌無力或其他神經系統疾病導致下肢運動功能障礙患者;產品基於「神經可塑性」原理,多傳感器融合、感知運動意圖,糾正異常步態、建立正常步態。

安傑萊的LiteStepper單下肢外骨骼康復訓練器則專為偏癱患者設計,輔助偏癱患者針對患側下肢進行康復訓練。產品采集患者健側主動運動的步態資訊、研判運動意圖、分析並學習其步態特征,帶動患側進行與健側相適應的運動再學習康復訓練。

邁步機器人的H系列下肢外骨骼康復訓練機器人以專利技術柔性驅動器作為動力輸出,並透過特有專利技術動力踝關節提供背屈助力,在助力下重復練習屈、伸動作,糾正足下垂和足內翻的問題,提升平衡能力,糾正異常步態。

增強助力方面,產品主要在於幫助那些由於肌力不足而行動不便的老年人,特別是能夠獨立行走而無需外部支撐的患者;針對肌力退化的老年人或骨折後康復患者,其設計則需註重提供額外的力量支持。

例如,傅利葉的ExoMotus M4可幫助各類別下肢運動障礙的患者在早期實作站立及步行功能訓練,在康復早期給使用者提供正確的感覺輸入,抑制異常步態形成。

增強助力型產品的核心特性包括輕便性、長續航力和精準的步態辨識能力,可采用輕型柔性外骨骼設計。

如司羿智能的EasyWalk下肢軟體外骨骼幫助解決卒中患者、腦外傷等的行走障礙問題,產品采用了軟體結構,僅重3kg,集中在腰部、易於穿戴,可避免傳統剛性外骨骼強制使用者行走的機械運動形式。

運動代償方面,產品主要為完全或部份喪失運動能力的截癱患者設計,透過器材的運動功能來代償患者失去的行動能力。 這類器材將安全性和穩定性作為設計首要,兼顧患者日常生活的運動需求,並力求模擬自然步態。

以水牛城機器人推出的Aider為例,產品能實作獨立站立行走,可用於步態訓練、下肢肢體運動訓練、肢體協調性訓練、力量訓練、認知訓練和姿態控制訓練等,進行全身系統性協調訓練,可針對脊髓空洞癥、脊髓炎、脊髓損傷等導致的截癱或四肢癱的患者進行。

近年來,康復外骨骼機器人積極探索技術融合,促進產品升級叠代,並進一步提升產品的安全性、有效性和智能化。

基於腦機介面的外骨骼系統將運動意圖轉換為外骨骼的控制訊號,使患者可以在外骨骼的驅動下執行運動,提供了更為豐富的感覺運動反饋,在結構和功能方面提高神經系統可塑性,實作意圖-驅動閉環反饋,為下肢運動功能康復提供新的治療策略。

虛擬現實及增強現實技術或可創造沈浸式虛擬環境,或可將虛擬世界與現實環境疊加,二者由此成為數碼世界與真實場景的連線紐帶;運用到外骨骼康復中,則可將康復訓練系統融入真實環境,為使用者帶來真實、多樣化的互動體驗,尤其適合在家庭康復場景、沒有康復治療師幹預的情況下使用。

此外,隨著近年來人工智能技術的不斷進步,人工智能也已套用於外骨骼機器人,幫助患者進行功能性行走和步態訓練、進行外骨骼的安全性、耐受性和行走功能功效評估,可進行深度學習的智能機器人研發已成為必然趨勢。如愛布機器人研發了基於人工智能演算法的智能外骨骼機器人,專業化訓練模式,幫助患者實作神經系統整體康復。

因此, 腦機介面、人工智能、虛擬現實及增強現實等前沿技術逐步融入外骨骼機器人研發制造,使得外骨骼機器人更能從真正意義上成為一套穿戴在身體外部,能夠與使用者協調或平行工作,以增強身體素質和完成既定動作為目的的智能器材。

套用空間開拓,

產品能否普及到「人均」一套?

總的來說,隨著中國人口老齡化行程加深,在康復護理資源整體不足的背景下,外骨骼康復機器人可在醫療機構內助力老年人康復效率和質素的提升。 隨著延遲退休等一系列與老齡化相關的政策落地,老年人對來自行動能力的功能康復更加重視,行業機遇進一步擴大。

在這一趨勢下,外骨骼機器人的套用場景正加快從醫療機構延伸至家庭,在康復中後期使用,或作為日常助行工具使用,以幫助患者更好地恢復功能、回歸社會、預防復發。目前,多家企業已布局居家康復型的外骨骼機器人、 消費級助行器材, 解決個人康復訓練、日常行走等問題。

其中,程天科技推出了悠行UGO康復外骨骼個人版,適用於社區和家居場景的個人康復使用,器材采用機械固定和綁帶保護設計,可根據使用者的身體參數進行手動刻度調節,操作簡單,非專業人員在學習後即可協助穿戴者使用。

新松機器人的下肢外骨骼訓練器在使用者與專業醫生或治療師定期溝通下,也可用於居家場景,幫助偏癱患者激發患側肢體主動參與能力,提高日常生活水平;並幫助患者糾正異常步態和足內外翻、足下垂問題,改善雙腿重心分布,增加患側著地時間,提高步行速度。

很顯然,外骨骼康復機器人在老年人由疾病康復轉變至健康狀態輔助方面套用價值巨大。同時,外骨骼技術已在工業、物流等重體力勞動領域有諸多套用,減輕勞動者長期工作時的負擔,並減少腰肌勞損等問題。例如,太希智能的有源腰手外骨骼機器人可為使用者的大腿、腰部、手部進行智能助力;傲鯊智能的外骨骼機器人覆蓋上肢、腰部、下肢、全身等,還推出「千元級外骨骼」產品;邁寶智能的產品已經切入到工業物流、汽車裝配、家政服務等多個領域。

因此,對於仍參與體力勞動的老年人來說,工業型外骨骼機器人也能起到健康維護的作用。據了解,作為全球老齡化水平最高的國家之一,日本的外骨骼機器人發展主要源於老齡化帶來的社會需求。在日本,產業巨頭進行外骨骼產品研發時,醫療與工業並重,除了助老助殘的醫療套用之外,許多公司在申請專利的同時還把目光投向了工業套用,即透過外骨骼技術減輕工人作業負重。

外骨骼機器人面向醫療和工業有著技術上的同一性,同步發展策略可提升研發效率。 不過,國內企業在醫療套用和泛工業套用的融合研發上涉足還不多,隨著人口老齡化和勞動力短缺的問題日益突出,既解決老年人的康復問題,又針對老年人身體機能特征、解決勞動場景中的健康維護問題,有望成為外骨骼機器人市場進一步發展壯大的路徑之一。

但要看到, 外骨骼機器人普遍價格昂貴,在全球市場內,大多在數萬至數百萬之間,核心部件的成本和終端產品價格成為制約外骨骼機器人商業化的一大因素。此外,無論在哪個場景,多數老年群體對外骨骼器械的了解還較少,也在一定程度上制約了產品的套用。

當然,外骨骼機器人也被套用於兒童及其他相應疾病的康復訓練,本文暫不討論。

對於老齡化而言,外骨骼機器人的市場需求已是確定性的存在。未來,隨著科技進步、大眾消費能力與意願提升,對罹患疾病導致行動不便或運動能力下降的老年人來說,是否能實作「人均」一套外骨骼以獲得更佳的晚年生活質素? 這還取決於行業透過持續的技術叠代降低產品成本,進一步驗證產品安全性與有效性,並加深目標群體對外骨骼產品的認知。