一款面向腦癱兒童的新一代輕量化柔性外骨骼——MyoStep，正在展現(xiàn)技術(shù)如何在解決全球健康挑戰(zhàn)、改善生活質(zhì)量中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

這款由美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）BRAIN中心（全稱Building Reliable Advances and Innovation in Neurotechnology）與TIRR Memorial Hermann康復(fù)醫(yī)院聯(lián)合研發(fā)的穿戴式設(shè)備，旨在幫助存在運(yùn)動(dòng)障礙的兒童恢復(fù)行走能力。腦癱兒童通常由于運(yùn)動(dòng)障礙，難以參與體育活動(dòng)、日常自理及學(xué)業(yè)，進(jìn)而出現(xiàn)發(fā)育遲緩、社交孤立與自尊心降低等問題。MyoStep的出現(xiàn)，為他們提供了更輕便、貼合、智能的輔助方案。

“MyoStep項(xiàng)目是兒科行動(dòng)輔助設(shè)備領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)展，特別適用于腦癱患兒。”NSF BRAIN中心主任、休斯頓大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程教授Jose Luis Contreras-Vidal表示。

顛覆傳統(tǒng)的兒童外骨骼

腦癱是一種常見的兒童神經(jīng)系統(tǒng)疾病，每千名新生兒中約有1至4人患病。Contreras-Vidal指出，傳統(tǒng)外骨骼雖能提供一定支撐和穩(wěn)定性，但存在體積笨重、無法適應(yīng)兒童生長變化等弊端，不適用于日常穿戴。

為此，團(tuán)隊(duì)采用人工肌肉、智能織物與多模態(tài)傳感網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)，打造出更加輕便、可調(diào)節(jié)的MyoStep原型。

該研發(fā)項(xiàng)目由Contreras-Vidal與德克薩斯大學(xué)健康科學(xué)中心（UTHealth Houston）物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)學(xué)教授、TIRR Memorial Hermann醫(yī)院醫(yī)學(xué)主任Gerard Francisco博士共同領(lǐng)導(dǎo)，集結(jié)了來自多個(gè)學(xué)科的專家：包括生物力學(xué)與矯形外科（Christopher J. Arellano，亞利桑那大學(xué)）、服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)（Paige A. Willson）、工業(yè)設(shè)計(jì)（Elham Morshedzadeh與Jeff Feng）、機(jī)械工程（Francisco C. Robles Hernandez與Zheng Chen），以及電氣工程學(xué)生（Shantanu Sarkar、Aime J. Aguilar-Herrera與Lara Altaweel）等。

“這項(xiàng)研究為我們?nèi)绾卫斫獠?shí)現(xiàn)腦癱兒童的行動(dòng)自由與獨(dú)立性開辟了新道路?！盕rancisco說。

智能、隱形、安全

MyoStep設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了兒童家庭的日常生活場景——設(shè)備不僅輕便、隱蔽，而且利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)嵌入智能柔性面料中，實(shí)時(shí)監(jiān)測并反饋用戶動(dòng)作，從而自動(dòng)協(xié)助腿部或手部運(yùn)動(dòng)。

安全性方面，MyoStep集成了溫度監(jiān)測與緊急關(guān)閉功能。所有電子部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)均與皮膚隔離，避免直接接觸，減少不適或過敏風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)設(shè)備表面溫度超過安全閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉以防燙傷。此外，傳感器之間通過藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行通信。

Francisco強(qiáng)調(diào)：“MyoStep的意義不僅在于技術(shù)本身，更在于它帶來的信心、功能與希望。它幫助孩子們更輕松、更有尊嚴(yán)地邁步前行，極大提升了生活質(zhì)量。”

下一步：優(yōu)化踝關(guān)節(jié)控制

原型設(shè)計(jì)中尤為關(guān)鍵的是踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)的協(xié)同控制。團(tuán)隊(duì)正在重點(diǎn)攻克踝關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制問題，希望通過改進(jìn)，提高步行效率，減少能耗。

Contreras-Vidal介紹，他們正在利用**形狀記憶合金（shape memory alloys）與介電彈性體（dielectric elastomers）**等智能材料制成的人工肌肉，提升設(shè)備響應(yīng)能力。這些致動(dòng)器與肌電圖（EMG）傳感器及慣性測量單元（IMUs）協(xié)同工作，以捕捉肌肉活動(dòng)、步態(tài)節(jié)律和關(guān)節(jié)角度等數(shù)據(jù)。

“我們一直在努力復(fù)現(xiàn)真實(shí)肌肉的功能行為，但要實(shí)現(xiàn)輕便系統(tǒng)中的精確模擬，還需要跨學(xué)科的整合與技術(shù)突破?！彼f。

參考文獻(xiàn)：Aime J. Aguilar-Herrera et al, Walking Into a New Era of Soft Exoskeletons for Children With Cerebral Palsy: A Humanitarian Impact of Electron Device Technologies and Applications,?IEEE Electron Devices Magazine?(2025).?DOI: 10.1109/MED.2025.3541178

編輯：王洪

排版：李麗