何际平:发展康复机器人束手束脚只会寸步难行

千人杂志 2015-03-18

机器人康复机器人假肢

5397 字丨阅读本文需 11 分钟

  康复器械未来的产业化之路是否顺畅,与企业有很大关系,康复由于涉及个性化设计,无法批量生产,因此成本很高,参与到其中的企业最终可能无法像房地产行业一夜暴富,但发展康复机器人更多的是在承担一种社会责任,我们呼吁企业家们站在社会发展的高度,有眼光、存志向,与科研工作者一起为康复机器人的发展做出贡献。

  (一)康复机器人:医疗不再局限于治病救人

  近些年来机器人的发展的确很热,从目前来讲原因有三:一是生产力发展,目前正处于人口红利的末端,劳动力将产生巨大缺口,亟待机器换人;其二是机器人本身对产业的更新换代,增加产业的技术含量、提高产业效率都十分裨益;第三,未来社会将需要更多的机器人提供服务,不仅包括,更重要的是社会。

  三十多年前,我们国家正处于改革开放的初期,那时的发展目标是壮大国力。当时我在工厂当工人,自动化车床坏了之后没有人会修理,这对我的触动非常大。高考时就选择了自动化专业。我们知道,机器人可以提高生产力、提高自动化程度、提高产业发展的产出,无论从质量管理还是自动化程度方面,机器人都是当时工业发展的制高点。奔着这一初衷,三十年多前我远赴美国学习机器人控制。

  但随着社会的进步发展,我渐渐开始思考中国社会的老龄化问题。现在大家的焦点都集中在由老龄化带来了的社会劳动力锐减上,在探索如何实现机器换人,填补劳动力缺口。但其实我们忽视了另一个问题:老龄化已然到来,众多的老年人由谁照顾、抚养?如何保证和延长生活质量?

  这一问题如果再依靠人力,是不可能解决的,在未来的中国,人口优势将成为历史。而同时,对老年人的服务不仅需要人,也需要很多特殊的专业知识与技能。此外每一个人所需要的服务又是不一样的,因此如果仅仅只依靠人,面临的问题则是首先我们的社会无法提供这么多劳动力,其次我们可能无法培养出这么多配备了专业知识和技能的人才。所以我认为中国下一步真正需大力关注的应该是于医疗、服务的机器人。

  这类康复服务机器人能为老年人解决哪些问题呢?首先是日常的服务与帮助,比如帮老年人做一些体力活、家务、上下楼搬运等。另一方面是提供护理和康复训练。老年人是各种疾病的高发群体,比如老年痴呆、脑卒中等,机器人能为老年人提供专业性的康复训练与服务。

  发展康复机器人,是在人口老龄化全面到来之前的一个伏笔。当前世界上一些发达国家的康复机器人已取得了重大的突破,日本、美国均是典型。中国若在此方面没有足够的认识和部署,未来的发展势必会陷进社会问题的泥沼之中。

  区别于传统的工业机器人,康复机器人最大的特性是高度个性化要求。工业机器人在完成研究设计之后,可以批量生产数万台,分配到生产线上做很多工作。但是康复机器人面对的是患者,每一个患者的情况是不一样的、其需求是个性化的,而个性化问题就使得技术要求特别高。

  社会发展规律的启示是技术会不断进步,相信在新的材料、新的技术、新的设计、新的制造上的进步可以使未来的康复机器人实现个性化设计,这与医学的进展方向密切相关。目前在美国,医疗已进入4P时代(predictive, preventive, personalizedand participatory medicine),未来医疗不仅要治病救人,还要帮助病人恢复并提高生活能力、保证生活质量,也就是预测性、预防性、个性化的、参与的医学。

  这对于传统“治病救人”的医疗理念是一个突破,而预测性、预防性、参与性、个性化的医疗需借力于康复、辅助及其他医疗服务机器人的发展。4Pmedicine给机器人提出了很高的要求,也拓宽了我们对未来康复机器人的想象,未来的康复机器人除了日常的护理,还应具有哪些功能?首先,机器人要有能力预测这个人会得什么病,其次在预测之后找出方法去预防,比如纠正不良的健康习惯等,而这种预防必须是病人直接参与的,病人不是被动的,而是医学、医疗的参与者。最后,机器人给每个人制定的方案都是不一样的,是最适合于这个人的。

  这对于机器人研发设计是一个挑战,所以我们开发康复机器人,应该将眼光放的更长远一些,超越现在的工业机器人以及医疗理念。

  (二).中国的发展:困难重重,体制需更加宽松给力

  困难一:医疗体制落后

  美国的康复机器人发展很好,这与美国的医疗理念和体制相关,而目前国内整体医疗环境不佳。中国有着自己的特殊情况,目前成熟的医疗人员非常欠缺,我们的医院常常人满为患。中国的分级医疗还是没有真正实现,社区医院通常没有人去,三甲医院则火爆异常,整个医疗体系十分混乱。在这种情况下还要不要发展中国的康复机器人?当然非常必要!康复机器人在未来不仅能解决老龄化带来的社会问题,也能带来的医疗资源的释放,肃清医疗体制与环境。

  其一解放医护人员。由于我国医疗体制的落后,以及群体医疗知识的欠缺,目前在我国,医护人员的压力非常大的,这不仅表现在医患关系紧张这一社会现象上,医护人员自身的工作也常常是超负荷的。普通的医疗机器人可以替代护工,为患者提供二十四小时服务。而精度高的医疗机器人可以代替医生完成手术,由医生远程操控即可。

  其二解决医疗资源浪费问题。在中国,过度医疗十分普遍且严重,人们由于缺乏基础的医疗常识,大病小病均往三甲医院里挤,医院里人满为患,医生能留给每个病人的时间是非常有限的,这样不仅使得真正需要的患者得不到合理的治疗,也造成了医疗资源的浪费。未来的医疗机器人不仅用于医院,更多的是用在家庭、社区领域,人们通过康复机器人,就能对一些日常疾病达到监测、预防、康复的效果。

  当然,我们的政府在这方面还需做更多的工作,投入更多的力量支持医疗体系的改变,而不是仅仅只建医院。现在中国的医院大楼大病床比比皆是,有的建成后几千张病床,但仅仅只是盖大楼绝不能解决中国医疗的现有困境。中国现在热捧三甲医院,我们其实更需要一些一级的、二级的医院,使各种资源物尽其用。此外,还需要加强对普通群体老百姓卫生常识与医疗常识的普及。

  困难二:临床实验十分困难

  我在美国参与了很多康复机器人的研究、设计、制作,以及临床实验,回国后有一个问题,就是临床的实验比较困难,这与国内的情况密切相关。首先是医患关系,中国的医患关系本身就比较复杂,我们很难去找病人配合做研究;第二,普及教育缺乏,大家缺乏为社会奉献的精神,病人参与研究其实就是一种奉献,不一定能得到实惠,并且还要投入很多时间。比如我们研发的康复机器人或者假肢,设备还处于研究阶段,是不成熟的产品,需要在使用的过程中不断调整和修改,这就需要病人十分配合地去记录并反馈使用感受。第三,国家在此方面支持力度不够,康复机器人的研发投入都是消耗的,不能增加GDP,并且科研周期较长,无法立刻出一个专利、出一篇很好的文章、或者做一个演示,这给我们很大的压力。而从长远来看,这种研究是非常必要的。

  康复机器人与工业机器人不太一样,工业机器人设计好之后,在工厂里生产使用就可以了,不需要去考虑与人之间的问题。但康复机器人和智能假肢,必须按使用者的意愿去工作,因此在研究与实验中必须有人参与。

  困难三:交叉学科结合难

  康复机器人设计的个性化,故而造价很高。而当下许多新兴技术的出现,为个性化的实现提供了可能。比如3D打印技术、计算机成像系统技术等,这些新兴技术令科研工作者十分兴奋。大家往往认为机器人产业与这些技术的结合十分困难,其实从学科上来讲,困难必然是存在的,但并非是不可攻破的。在交叉学科结合这一方面,真正的困难并不在于学科本身,而在于目前国内的机制体制,可以说国内的机制在某种程度上限制、阻碍了一些交叉学科的合作。

  从宏观上,我国对交叉学科的合作是支持的,也认识到了交叉学科研究的必要性,在政策上多有倾斜,鼓励交叉学科研究。但实际上,现有的业绩评价体系与方法使得合作十分困难。我们的环境应该更宽松一点,给大家一点时间,新的东西总是比较难做的、总会经历很多失败,我们的评价体系应该将这些纳入思考。比如对于研究生来讲,如果真正想要参与一些科研,在现有的评价体系下可能面临着无法毕业的现实。这样的体制于创新是不利的,特别是交叉学科本身就是新的事物,研究者需离开自己熟悉的领域并试图和其他领域去结合,探索的过程充满未知。比如我现在所做的研究就囊括了工程、医学、生物等各个方面,每一个大领域下又有许多分支,牵涉的面非常之广。目前我只能从我熟知的领域一点一点往外扩张,尽管我是带头人,但能利用的资源非常有限,很多精力浪费在其他事情上,而非科研上。各方协调与支持不到位,这是目前的普遍现状。为什么我们国内就不能提供一些导向,将这些资源连接起来进行合理配置?

  困难四:科研经费分配没有恰到好处

  科研基金的申请与分配上存在过严、过细的问题。于我而言,年过花甲已没有追名逐利的意愿,回国来只是想倾尽一己之力图有所作为。但现在的科研基金的申请常常令我无从下手,国家对科研的投入是很大的,但钱却不能用的恰到好处。科研经费拨下来之后,我们可以买设备,但我们没有钱去雇技术员。买来的设备最后只是当做了摆设,没有钱去找人学习、护理、运作。人才最重要的是培养,无论是培养人还是被培养人都需要生活。目前我带了几个学生,很多琐碎的事情都需要我亲力亲为,这占据了我许多精力,而我没有经费去雇人,最后只能无奈做一些虚挂门面的东西,比如发文章之类。这是资源的浪费,国家投入的经费,相当一部分被浪费掉了。

  如果我们的体制里确实有这部分资金、有支持,那就应该最大力度地给那些想做实事的人以鼓励和帮助,这样许多研究的推动就会快一些。中国到目前为止总是重复着别人做的事情,为什么没有自己的创新呢?并非我们没有去支持创新,而是没有搭建好利于创新的环境。

  困难五:人才培养后继无力

  尽管中国号称有一亿的大学生储备,但现阶段我对人才的培养非常担忧,这不仅是目前我从事的研究是否后继有人的问题,现实情况是,现在我在学校里招合适的研究生都比较困难的。“千人计划”引进了大量的人才,我们回来后希望能培养更多人才。我所从事的神经接口研究非常新,且困难重重,正因为很多东西太新了,不可能很快出成果,对于现在的年轻人来说,是一个巨大的挑战。值得庆幸的是目前有几个学生跟着我一起在做,但今后是否还会有学生来,我也无从知道。形成这样的局面与学校的导向有关,与创新团队、交叉学科的具体执行相关。目前我们很多概念都有了,但怎么去评价、怎么去执行还存在很大的问题。

  长期以来,中国在医疗器械领域发展水平落后于世界先进国家。在医疗设备上崇拜进口,自身发展力不足。过渡到康复机器人的发展,形势仍旧不容乐观。但困难往往与机遇并存,人口老龄化带来的巨大本土市场需求是真实而迫切的,目前整个行业都应该冷静思考,在挑战中求变求通。从国家层面来讲,我们希望国家能制定宏观的发展规划,但规划又不可做的太细,太细就容易导致难执行。规划太宽松可能会导致资金乱花,但是国家应该相信有一大批科研工作者是希望脚踏实地去做一些研究的,对于贪小利者加强监管与处罚力度即可。从科研层面来讲,我们呼吁提供更加宽松的环境让我们做事情,束手束脚反而会寸步难行。

  (三)未来重点:将机器人设计与脑科学相结合

  发展中国的康复机器人,首先要了解我们国家目前有哪些需求可以用机器人来实现,将社会需求梳理成不同的板块,根据需求去反观机器人的研发与制造。比如对中国的老龄人群体高发病症做好充足的前期调研,预估老龄化社会的问题症结,以这些关键点为导向,指引机器人的研发与设计。

  其次要充分了解医疗机器人目前在国际上的发展趋势。从全球来看,目前主要是探讨如何从设计和使用上使机器人更智能化、个性化。智能化、个性化主要是指机器人本身,不像从前做一个机器人就只会做一些基本的工作,机器人可以与我们有一些交流,它可以按照我们的意愿去做一些事情。

  机器人智能化、个性化的实现与将与未来机器人的普及密切相关。比如智能假肢,我们如何使假肢能够适用于每一个截肢病人?使病人愿意佩戴假肢,并且假肢真正能够恢复和提高病人的生活质量和自理能力?中国是一个糖尿病大国,目前实际的糖尿病患者已超过一亿。糖尿病对于神经系统的损伤非常严重,糖尿病患者中20%会产生糖尿病足,而15%的糖尿病足患者会截肢。假肢有许多个性化的需求,每一个人的肌肉情况不同,上肢与下肢的功能需求不同,我们的假肢要有能在雪地、草地、沙地各种环境下行走的功能,这一切的实现都需要智能。智能如何实现?这包括多个方面:其一,假肢在设计上要个性化。目前有很多新技术产生并应用于机器人制造上,比如快速成型、快速成像、3D打印制造技术等,这为机器人制造的个性化提供了可能;其二,假肢的功能要多样化,要最大可能与人体自身的肢体功能相近;其三,多样化的控制必须受穿戴者意愿支配,也就是说智能假肢的运动是受穿戴者意愿控制的。

  而如何使机器人的控制与人的神经意愿结合起来,我认为是非常关键的,将脑科学应用到机器人设计中,是未来研究的重点。康复机器人面对的是人,人想要做什么,机器人去抓取人的思维并完成工作,这是一个新的角度。目前我研究的方向是神经接口,也就是企图建立起假肢与神经之间的连接通道,用人的神经意愿指导假肢的活动,并且将假肢在与外界接触中所获得的信息反馈给神经,这样使假肢真正取代原有的残缺肢体。在功能上,与原有的肢体一样,甚至更好。平心而论,这类康复机器人对于国家而言可能不会产生很大的经济效应,但这是我的兴趣所在,如果我们能实现这方面的设计与制造,其他的很多设计制造都可以实现。这对于设计、制造、控制将是一个全面的提高。现阶段,我们的研究还存在很多问题,如何得到神经元?神经细胞培养如何使用新的方法使它长的更好?新的培养方式是否会影响神经的传递?每一个问题都牵涉到不同的领域和产业,这都需要我们去探讨。

  值得乐观的是,目前康复机器人与市场对接方面已有一些曙光,我们正与一家企业联系,将一些技术交给企业,由企业去做后期的生产运用。现阶段,我们的技术一点一点进步,企业也一点一点朝市场推进,这是一个良性的生态链。在市场对接方面,实验室与企业对接是一个非常双赢的模式,因此期望相关方面在资源整合以及市场对接上能够加大支持力度。康复器械未来的产业化之路是否顺畅,与企业有很大关系,康复机器人由于涉及个性化设计,无法批量生产,因此成本很高,参与到其中的企业最终可能无法像房地产行业一夜暴富,但发展康复机器人更多的是在承担一种社会责任,我们呼吁企业家们站在社会发展的高度,有眼光、存志向,与科研工作者一起为康复机器人的发展做出贡献。

  【人物简介】

  何际平,国家千人计划专家,华中科技大学神经接口与康复中心实验室主任。

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