技術輔助系統： 高科技與運動的結合

2024 Cybathlon 即將來臨，來自柏林工業大學的新進團隊 RISE 正全力以赴，為癱瘓患者設計的外骨骼進行最後調整：讓我們帶您了解他們的最新進展、面臨的挑戰以及合作夥伴的支持。

通常，瑞士蘇黎世 Kloten 的 Swiss Arena 是冰上曲棍球運動員的競技場。但在 10 月 25 日至 27 日，這裡將再次變身為科技創新中心：2024 年 Cybathlon 即將登場。

這場由蘇黎世聯邦理工學院 (ETH) 主辦的國際賽事中，身障人士將在高科技輔具系統的輔助下，完成各項與日常生活相關的任務。今年共有來自世界各地的 77 支隊伍報名參賽。其中柏林工業大學 (TU) 的 RISE (學生外骨骼開發研究與創新) 團隊將首次亮相，以他們精心研發的外骨骼參賽。

共140 名學生參與外骨骼開發

「參加 Cybathlon 一直是我們的夢想！2022 年 10 月，由一群具社會責任感的工程專業學生發起的倡議，催生了柏林工業大學的 RISE 項目，目標是幫助脊髓受傷的人能夠重獲行走能力。」Lukas Schneidewind 說道。他是柏林工業大學機械設計與系統工程研究所醫療技術系的團隊領導人兼研究助理。

共有 140 名學生在四個學期內，熱情投入機器人外骨骼的開發與建構。大部分成員來自工程學科，例如機械工程、電機工程和電子以及控制工程和模擬技術等。然而，非技術領域的知識也同樣重要：從生物力學到介面、使用者體驗、設計、心理學、取得贊助及公共關係等。

「跨領域合作讓人獲益良多」

RISE 團隊共同領導人、柏林工業大學人因工程碩士學生 Magnus Meyer 表示：「專案研討會讓我們跳脫大學內高度專精的學習模式，進行跨領域合作 - 就像未來在職場上的工作情境一樣。」

跨學科思維對於外骨骼專案特別重要：畢竟，人類與機器必須直接連結在一起。Meyer 將與操控員的互動視為一大亮點，因為無論是介面的友善度及使用上的實用度，團隊都能在開發過程中直接獲得回饋。

直接的人機互動

在與一般公司產業和潛在合作夥伴進行討論時，學生們很快就意識到外骨骼應用領域的多樣性。Magnus Meyer 提到：「許多人通常會將外骨骼與減輕工作負擔聯想在一起，例如外骨骼可以跟隨使用者的動作，減輕生產線員工的身體負擔。」

Meyer 接著說：「但在我們的情況下，外骨骼不僅能減輕負擔，作為動力輔具，它能完全取代腿部肌肉的力量（髖關節、膝關節和踝關節的肌肉），並引導肢體進行符合人體工學的運動」。Lukas Schneidewind 補充：「事實上，這種輔助癱瘓患者行動的系統，技術要求與其他系統有很大的差異，這一直是我們溝通上的一大挑戰。」

RISE 團隊面臨的另一個挑戰，是需要根據訓練成果不斷更新系統的技術需求。為了讓外骨骼能夠最佳地模擬自然的行走動作，並有效控制行走時的重心，必須使用緊貼身體且結構扁平的馬達和減速機。

技術的特殊需求

因此，學生們在髖關節和膝關節處安裝了 maxon EC frameless DT 65 和 85 mm 的無框式馬達組。這款直流無刷內轉子馬達專為機器人關節而設計，具有強大的動力、耐用性和精簡的尺寸。

maxon 的區域銷售經理 Falko Simon 解釋道：「 我們提供的馬達不含滾珠軸承，使用者可以自行安裝轉子和定子。他補充說道：「 這款馬達能達到高達300 Nm的高扭力，這對於跪地或攀爬台階時所需的短暫高強度運轉非常關鍵，因此非常適合用於Cybathlon比賽。」

另一個特點是，結合maxon 馬達和 Ovalo（Nabtesco Europe 的子公司）的減速機。Falko Simon：「 減速機如同薄片般扁平，再結合我們的 DT 馬達。外觀幾乎看不出組裝痕跡，看起來就像是一個完整的產品。這代表著我們創造了一個非常扁平的元件。Lukas Schneidewind 表示：「 幸虧有這樣開放且合作的氛圍，我們才有可能在幾週內就找到實用的解決方案。Falko Simon 補充：「學生們也非常熱衷了解我們從產業觀點的專業知識，讓整個過程非常有趣。」

未來展望：無需拐杖的外骨骼

目前，學生們正進入調整軟體和個人運動模式的最後階段，並與兩位操控員進行 Cybathlon 賽前的最終訓練。談到未來，團隊領導人 Schneidewind 已經設定了具體的目標： 「我們現在有了初步的基礎，但長期來看，我們肯定能繼續縮小尺寸。現階段的外骨骼重量約為 80 公斤，雖然非常重，但可以輕鬆攀爬台階，這是目前許多系統在不使用輔具的情況下做不到的。不過，我們的終極目標是在不依賴拐杖的情況下也能達成。」
 

目前，團隊最期待的就是即將到來的 Cybathlon 比賽。「相較於其他投入十多年開發的團隊，我們僅用兩年的時間，如果能在比賽中完成部分任務，對我們而言就已經是巨大的成功了。」
 

圖片版權所有： Christian Kielmann