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科技助殘 | 從 “能走路” 到 “會感知”:智能假肢如何讓殘障者重獲 “第二雙手”?

行業新聞 2025.05.29

 

 

據不完全統計,截至2023年,我國殘疾人人口達8591.4萬,占總人口比重的6.34%。(數據來源:國家統計局)。其中肢體殘疾約有2472萬人,約占29%,是殘疾人中最大的群體(數據來源:國家統計局)而隨著國家科技助殘政策的不斷深入發展,已有越來越多的助殘黑科技產品問世,智能假肢也是其中之一。作為肢體殘疾人士行動的“得力伙伴”,智能假肢正幫助越來越多的殘疾人回歸“正常生活”。那么什么是智能假肢?其和傳統假肢相比又有什么優勢?一起跟著福祉君來看看吧!

 

01
 

什么是智能假肢?

 
 

 

智能假肢,又被稱為神經義肢,生物電子裝置,是指醫生們利用現代生物電子學技術為患者把人體神經系統與照相機、話筒、馬達之類的裝置連接起來以嵌入和聽從大腦指令的方式替代這個人群(肢體殘疾人士)的軀體部分缺失或損毀的人工裝置。

 

對于肢體殘疾群體來說,雖然殘肢筋肉骨骼已被損毀,但曾經控制著這部分殘肢的大腦區域及神經依舊會繼續存活。因此,眾多肢殘人士與斷肢對應的腦區和神經都在靜候重新聯絡,智能假肢的出現便如一道橋梁,重新連接了大腦與斷肢,讓肢殘人士得以再次操控殘肢。醫生通過現代生物電子學技術,把殘肢內的神經與假肢中的控制單元所連接,大腦發出的神經信號會先經過殘肢神經,再由此傳遞到假肢控制單元中,進而驅動假肢完成日常動作。

 

 

02
 

智能假肢比傳統假肢好在哪里?

 
 

 

智能假肢具有四大核心技術一是關節的結構與調控方式。從結構上來說,目前主要有單軸式和多軸式,單軸式具有結構簡單、重量輕、易加工組裝的優點,但該結構目前仍存在穩定性不足的缺陷。相對于單軸結構,多軸結構則具有更好的穩定性,且能在擺動過程中較好模擬人體關節的轉動模式。從調控方式上來說,則可分為全被動型、半主動型以及動力型,傳統的假肢則多為被動型,因此通常不具備調控能力。就目前的研發情況來說,動力型假肢在很大程度上會成為未來智能假肢的主要發展方向。

 

 
 

 

第二個核心技術則是穿戴者的運動意圖識別智能假肢穿戴者運動意圖的準確識別,是實現人機協調控制的基礎,大致可分為運動種類識別、行走路況識別、步速識別、步幅識別以及行走相位識別等。智能假肢可根據穿戴者身上的傳感器裝置,如肌電、腦電、加速度、足底壓力傳感器等精準識別穿戴者的運動意圖,從而助力穿戴者更好行走。

 

 

圖源:強腦科技官網

 

除此之外,智能假肢的驅動控制也是核心技術之一。主要可包括最高層次的感知層(對人體運動意圖進行識別和解碼)、中間的轉換層(將識別到的運動意圖轉換為相應的控制算法)以及最下的執行層(根據相應的控制參數驅動關節電機實現閉環控制)。

 

 

圖源:知乎 堂博士

 

智能假肢的人機協調控制同樣也是核心技術之一。如何更好地實現人機協調,更精準地理解穿戴者的行走意圖,也是智能假肢發展的重要關鍵點。

 

此外,相對于智能假肢,傳統假肢的在功能性和用戶體驗上也存在缺陷,特別是傳統的機械腿,其并不具備感知和自主調節的功能,只能依托用戶人為控制假肢來滿足基本的輔助功能,且無法向截肢者傳遞有關運動或與地面環境的交互信息。同時也有可能出現“打軟腿”的情況(從走的狀態變為跪的狀態),支撐力不強,在一定程度上會導致穿戴者行走不穩或摔倒不僅如此,傳統的機械腿也有可能導致患者出現骨骼關節疾病,機械腿與殘肢接觸部分也會產生皮膚磨損與不適感。

 

 

 

因此,與傳統的純機械假肢只能滿足肢體殘疾人群的基本日常生活輔助相比,智能假肢由于裝備有微控制器、檢測人體運動狀態的傳感器和調節假肢關節運動速度的驅動裝置,所以在穿戴者的運動意圖識別、運動狀態識別、人機協調性以及助力性能上都具有顯著的優勢。

 

03
 

智能假肢有哪些應用場景?

 
 

 

智能假肢作為融合了傳感器、微電子、人工智能等高精尖技術的產品,能精準地模擬人類肢體功能,識別用戶運動意圖,目前已在多個領域展現出了廣泛的應用價值,主要包括醫療康復領域和運動競技領域等。

 

01
醫療康復領域
 

 

醫療康復領域是智能假肢應用的核心場景,智能假肢作為肢體殘疾群體的重要行動輔具之一,在康復領域的應用價值也十分顯著。具體來說,可包括幫助肢體缺失患者恢復運動功能與開展康復訓練兩方面,從而幫助其恢復基本生活自理能力與行動能力,幫助其更好適應日常生活。

 

智能假肢可通過配備的傳感器、處理器與驅動系統等,由傳導的肌電信號、腦電信號等捕捉殘肢肌肉或大腦發出的神經信號,從而轉化為智能假肢的反饋動作,實現抓取、伸縮、行走等功能。目前隨著傳感器、驅動系統等技術的深入發展,智能假肢已越發向仿生化智能化以及精準化的方向演進,高靈敏度的傳感器可以輔助假肢更好地獲取信號,從而更精準地傳導。而新型的智能假肢系統以及與人工智能的高度結合,則使假肢能夠更迅速、靈敏地反饋,從而實時調整運動步態,實現人機的協調統一。

 

例如中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張挺團隊便研發出了一種可用于智能假肢的機器學習輔助多功能觸覺傳感器,為截肢提供了一種類似人類的觸覺傳感方法。同時,裝配上述傳感器的先進肌電假體的個人可以感知壓力、溫度并識別不同的材料,為肢體殘障人士恢復運動功能與感知能力提供了有效途徑。

 

圖源:CAAI認知系統與信息處理專委會公眾號

 

北京大學工學院先進制造與機器人系王啟寧教授課題組則研發出了全球首款基于折紙結構的仿生軟體膝關節假肢。該款假肢受到馬尾草啟發,主體由熱塑性聚氨酯3D打印制成,膝關節單元重量僅300g,假肢高度僅15cm,折紙結構的大范圍折展特性,可滿足膝關節大范圍運動的要求。

 

 
 

圖源:北京大學公眾號

 

 

 

復旦大學生物力學與智能康復工程實驗室則基于生物力學技術孵化出了連接著一整套智能觸覺仿生系統的智能假肢,該假肢可為佩戴者提供有效的落地指引和感覺反饋,可讓佩戴者感受到假肢是自身身體的一部分,從而實現真正的人機協調統一。同時,該團隊開發的柔性高、可拉伸強的可穿戴感覺反饋“貼片”,即觸覺仿生系統,上面的傳感器可實時傳遞人體力覺信息,可為患者康復訓練提供實時數據,方便及時調整康復訓練計劃。

 

 
 

圖源:新民科學咖啡館公眾號

 

此外,強腦科技旗下的智能仿生假肢則將腦機接口技術與人工智能算法高度整合通過檢測佩戴者的神經電和肌肉電信號,識別佩戴者運動意圖,并將識別到的運動意圖轉化為智能假肢的動作,并進行實時的動態調整。如強腦科技智能仿生手的使用者周鍵不僅可以利用該款仿生手進行刷牙洗臉等日常生活操作,而且還可以使用其進行鋼琴演奏敲擊鍵盤打字等。

 

圖源:人民日報一撇一捺公眾號

 

無獨有偶,26歲的林韻也在康復師的幫助下,通過與強腦科技智能仿生腿的訓練磨合,重新找回了曾經走路的感覺。同時,林韻也慢慢可以穿戴著假肢完成走路、交替上下樓梯,跑步等動作。林韻在不斷訓練下,其走路也已和健全人無異。

 

圖源:人民日報一撇一捺公眾號

 

 

 

上海傲意科技研發的產品——OHand™ 智能仿生手則將神經科學與機器人技術融合,采用無創肌電神經信號傳感器陣列、人工智能模式識別算法、新型人機交互等核心技術,可通過用戶自身神經信號和意念進行操控,可精準完成抓握牙刷、系解鞋帶、點擊鍵盤等27組日常動作,從而幫助佩戴者實現手功能的再造。值得一提的是,OHand智能仿生手還是中國第一臺、全球第三臺實現量產的智能假肢,同時也是率先進入殘聯補貼目錄的智能產品

 

圖源:中國機器人網公眾號

 

浙江臻行科技有限公司開發的智能膝關節假肢產品——臻行·吉光系列可適用于單腿或雙腿截肢的殘疾人用戶,該產品采用國內先進的全碳纖維仿人腿形殼體結合航天金屬材料,融合微電子、仿生控制、新材料、AI等多項技術,整機重量僅1.3千克,質量輕便、堅固耐用,穿戴方便舒適。同時,吉光系列利用步態意圖識別與仿生控制算法,可精準識別用戶步態意圖;微型智能液壓阻尼系統則可提供穩定的阻尼調節,保障用戶行走平穩;多傳感融合技術則可全方位感知用戶運動狀態,實時調整參數。

 

 
 

圖源:湖州吳興智能機器人創新研究院公眾號

 

北京工道風行智能技術有限公司研發的單軸液壓膝關節可在承重自鎖功能期間確保站立期膝關節鎖死,極大地提升了行走的安全性。同時液壓屈膝伸展阻尼可獨立調節,使用者可在不同地形上保持穩定流暢的步態。

 

圖源:北京殘聯公眾號

 

此外,風行智能的智能動力小腿假肢則可根據人體踝足的生物學結構設計,自主識別人體運動意圖,智能調節關節的角度、阻尼和動力。 

 

圖源:北京殘聯公眾號

 

風行智能研制的另一款產品——可調跟碳纖儲能腳,該產品可快速調整跟高,滿足用戶對不同鞋跟高度的使用需求。同時,跟高調整機構可根據滑動軌跡自動調整對線位置,也可自動匹配踝關節滾動弧度,自動修補腿長高度差。

 

圖源:北京殘聯公眾號

 

由此可見,智能假肢在一定程度上有助于肢體殘疾人士恢復斷肢運動功能,同時也可以輔助他們進行斷肢的康復鍛煉,幫助其更好適應日常生活,重拾自信。

 

此外,國外的研究團隊也進行了開創性的研究,譬如瑞典烏普薩拉大學和卡羅林斯卡研究所聯合研發的機器人感知與智能假肢結合的技術該技術有望為假肢和機器人賦予類似人類手的觸覺感知能力,可讓假肢和機器人通過觸摸感知物體。據悉,研究人員開發的人造觸覺系統主要有三個部分組成,一是電子皮膚(e-skin),可通過觸摸檢測壓力;二是人工神經元,可將模擬的觸摸信號轉換為電脈沖,模仿人類神經系統對觸覺信息的處理方式;三是處理器,可用于處理信號并識別物體。

 

圖源:機器人研究公眾號

 

英國觸摸仿生公司Touch Bionics公司研發的生肌電控制假肢手則可通過肌電信號進行信號傳導,從而幫助穿戴者完成抓握、拿取、操作智能手機和平板電腦等日常動作。

 

圖源:外骨骼大本營

 

澳大利亞Synchron公司所研發的Stentrode腦機接口產品可通過植入性導管控制智能假肢的神經信號,經研究發現,已有兩名漸凍癥患者可在植入Stentrode并佩戴智能假肢后,通過思考(意念)實現文本編輯、網購等操作,在一定程度上提高了漸凍癥患者的生活獨立性。

 

圖源:外骨骼大本營

 

02
運動競技領域
 

 

除了上述提到的醫療康復領域,體育競技領域也是智能假肢廣泛應用的主要場景之一。例如在登山領域,夏伯渝成為了中國第一個依靠假肢登上珠穆朗瑪峰的殘疾人,同時也是世界登頂珠峰年紀最大的殘疾人。

 

圖源:勞倫斯世界體育獎官方網站

 

同時,在2023年杭州亞殘運會點火儀式上,殘奧游泳運動員徐佳玲便穿戴者強腦科技研發的智能仿生手,點燃了亞殘運會的主火炬,這也是世界上第一個由腦機接口智能仿生手點燃的國際體育賽事圣火。

 

圖源:杭州亞運會官網

 

同樣在亞殘運會上,有著“獨腳潘”之稱的運動員潘俊帆,在智能假肢的幫助下,成為了史上第一位在賽程規定時間內完成108公里戈壁穿越的截肢者。不僅如此,其還是全球第一位腿部截肢并完成鐵人三項70.3英里的中國人、腿部截肢者越野世界紀錄保持者……成為了中國的“刀鋒戰士”。

 

圖源:潮新聞

 

臻行科技產品的代言人王濤也穿戴著智能假肢,榮獲了斯洛文尼亞殘奧冬季兩項世錦賽銀牌。

 

圖源:湖州吳興智能機器人創新研究院公眾號

 

此外,2024年,在瑞士蘇黎世舉辦的第三屆全球輔助技術競賽(Cybathlon)上,來自中國蘇州的殘疾人徐敏佩戴著由東南大學研發的人機共融型生機電一體化假肢手,高效完成了提重物、雙臂協作、精細物體抓取等10個假肢操作任務,并以90分獲得上肢義肢組冠軍

 

圖源:現代快報

 

 

 

捷足先登(廣州)科技發展有限公司推出的智能假肢也曾應用于東京殘奧會及中國女子輪椅籃球隊,為殘奧運動員們開展體育競技提供了產品支持,同時該公司的產品也幫助汶川地震傷者更好地適應行走、運動等。

 

圖源:上游新聞

 

圖源:中國殘疾人就創業平臺

 

04
 

智能假肢產品如何助殘?

 
 

 

作為肢體殘障人士的重要輔具,智能假肢通過先進技術其帶來了諸多助益。從運動功能實現上,智能仿生腿采用人工智能原理,內置傳感器收集運動數據,經算法轉化為指令控制液壓系統,實時進行步態調整,提供良好的支撐力,適應佩戴者運動情況,讓其能順利完成行走、跑步、攀巖等復雜動作。智能仿生手則通過捕捉神經電和肌肉電信號,識別運動意圖,驅動仿生手靈活運動,可完成擰瓶蓋、寫字、打字、彈鋼琴等精細動作,有助于幫助殘疾人適應日常生活,提高他們的生活獨立性。

 

譬如廣東省工傷康復醫院便為一名來自深圳的大腿截肢患者安裝了先進的下肢智能假肢,該款假肢具有較高的適配性和靈活性,可模擬自然的生理步態,有效減少穿戴者的體力消耗。患者在智能假肢的幫助下已基本熟練行走,并多次乘坐飛機、高鐵等交通工具,去內蒙古爬雪山、到國外出差洽談公務,且可以獨立駕駛改裝私家車出行。

 

圖源: 廣東省工傷康復醫院公眾號

 

圖源:廣東省工傷康復醫院公眾號

 

在網絡上頗有熱度的義肢改造師梁開宇不僅關注如何讓假肢穿戴起來更加方便、舒適,更關注如何讓更多普通用戶能夠使用智能假肢。其在臻行科技吉光系列假肢的輔助下,成功完成了上下斜坡、交替下樓梯、騎自行車等日常動作,同時,其也順利通過草地、凹凸路面等,穿戴方便舒適,能助力肢體殘疾群體更好融入社會。

 

圖源:肢乎公眾號

 

假肢康復技師朱闖曾是一名軍人,但因一場重大的變故而失去右腿,他借助臻行科技的智能膝關節“臻行?吉光”,可實現登山、上下斜坡、走千余臺階等,同時,他也多次在公益演講中傳遞正能量,鼓勵殘疾人士重新擁抱新生活。

 

圖源:湖州吳興智能機器人創新研究院公眾號

 

24歲的張姑娘曾因骨癌大腿截肢,但在去年,她在強腦科技仿生腿假肢的幫助下,參加了橫店馬拉松8公里的賽事。不僅如此,張姑娘還穿戴著智能假肢游玩了靈隱寺和西溪濕地,一天可以走兩萬步

 

圖源:黑龍江省殘聯

 

同樣和張姑娘一樣受益于智能假肢的,還有來自貴州的25歲姑娘小周。小周因幼時的一場意外而失去了一條腿,去年她在強腦科技智能仿生腿的幫助下,終于實現了自己的愿望——擁有一只智能化的假肢,可以像正常人一樣走路

 

圖源:黑龍江省殘聯

 

上海市民張粵成是一名畫家,但卻因意外而失去了左手。如今他已經可以熟練運用智能仿生手握住畫筆進行繪畫,張粵成表示,自己再也不用像以往那樣,用兩只腳夾著畫板作畫

 

一位從小失去左手的00后大學生龐啟龍,也可在傲意科技仿生手的幫助下熟練拿起杯子,并完成一些日常生活中的常見動作

 

 
 

圖源:上觀新聞

 

來自泉州的小女孩蘭雨晨被一場車禍奪走了右腿,但堅強樂觀的她并沒有因此而消沉,在醫療團隊和家人的鼓勵陪伴下,小雨晨不僅借助假肢重新站了起來,而且還繼續學習著自己喜歡的舞蹈,在2020年3月,小雨晨還登上了央視《越戰越勇》的舞臺,與殘疾舞蹈老師廖智(雙腿截肢)同臺共舞。

 

圖源:福建殘聯公眾號

 

1993年出生的福建人樂傳載也在6歲那年因一場車禍失去了左腿,2005年,他被三明市殘聯選為運動員苗子參加市級集訓。在集訓中,市殘疾人輔具服務中心為他適配上了骨骼式大腿假肢,并安排他在訓練的課余時間到假肢站進行穿戴假肢的平衡站立、行走、越障、上下階梯、室外行走等功能性恢復訓練。樂傳載也在假肢的幫助下,重新體會到了能站能走的感覺。此后,樂傳載也成為了福建省坐式排球隊的一員,2015年,其作為福建省坐式排球代表隊主力隊員參加了第九屆全國殘疾人運動會,并獲得了第六名的好成績。如今的樂傳載則擁有了一家屬于自己的海鮮燒烤店,為了給客戶送外賣,有時他可以一天行走一萬多步。

 

圖源:福建殘聯公眾號

 

智能假肢等更多助殘科技,正幫助許多殘疾人改善生活。目前程天、大艾、強腦、科大訊飛愛博智能等科技品牌企業,已確認參加2025中國國際福祉博覽會。作為助殘科技成果展示推廣與落地轉化的重要平臺,中國國際福祉博覽會將于2025年9月12-14日北京國家會議中心舉行。本屆展會將特設“創研匯”科技助殘專區品牌展示區,為企業、高校及科研院所提供科技創新產品的首發平臺,并推動科技成果轉化及落地應用。

 

 

目前,組委會正在征集科技助殘優秀案例,我們誠摯邀請人工智能腦機接口、信息無障礙、智能假肢與康復機器人、感知輔助技術、VR/AR、仿生、神經調控等領域助殘創新相關領域的企業、高校及科研院所參與展示,共同推動科技助殘及殘疾人事業的發展,讓科技的溫度惠及更多有需要的人群。

 

 

 

 

 

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資料來源:甲匠Exoartisans公眾號、外骨骼大本營、CAAI認知系統與信息處理專委會公眾號、新民科學咖啡館公眾號、人民日報一撇一捺公眾號、中國殘疾人雜志社公眾號、強腦科技官網、北京大學公眾號、中國機器人網公眾號、湖州吳興智能機器人創新研究院公眾號、繁星創業營公眾號、廣東省工傷康復醫院公眾號、各省市殘聯公眾號等

 

參考文獻:

劉作軍,許長壽,陳玲玲,等.智能假肢膝關節的研發要點及其研究進展綜述[J].包裝工程,2021,42(10):54-63.

 

 

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