本文转载自科技大观园，原文为《工程与医疗的碰撞，跨领域整合出长照未来清大动机张祯元专访》作者/科技大观园特约编辑|黎一萱2025年，全台将进入超老龄社会，65岁以上老人将占总人口的20%以上，未来医疗需求只会增加，其中康复是一项耗时耗力的工作。近年来，自动化机器人已经投入工业市场，不仅可以代替人类处理高风险或繁琐的工作，还可以成功降低人力成本。如果要把机器人投入医疗，机器人必须学会更加灵活细致的动作。
清华大学动力机械工程系特聘教授张振源是美国卡内基梅隆大学机械工程博士，曾就职于美国IBM公司，专业研究精密机电一体化和可穿戴康复机器人。应国家科技部“定制化机器人辅助手掌(手指)开合肢体康复辅具系统开发”的邀请，我们与在长庚医院担任康复医师的小学同学裴雨生博士合作，设计了一款可穿戴机器人手，帮助中风患者进行手部康复。张振源教授的Vibrations(Mechatronics Robotics Laboratories)结合人工智能、医学和人因工程学，开发出一种具有视觉、触觉和像人一样平滑移动的机器人手臂。
随着台湾省进入超高龄社会，长照需求大增。如何解决年轻劳动力短缺的问题是一大考验。图//Pixabay卫生部发布108年中国人十大死因报告，中风排第四。中风后常伴有肢体僵硬、手指紧握的症状，因为大脑失去了对脊髓神经的控制，使脊髓神经变得非常敏感，经常发出信号使肌肉张力过高。这时候康复治疗就很重要了。反复活动可以保持肌肉和韧带的弹性，帮助神经受损部位恢复正常功能。
进行康复治疗的医务人员必须将患者的十个手指逐一折断后再合上，不断重复同样的动作，费时费力。对于即将进入老龄化社会的台湾省来说不仅是沉重的负担，而且无法保证每次治疗的拉伸动作一致，无法准确记录患者各关节的恢复程度。
00-1010受科技部邀请，张振源教授设立医疗护理服务机器人项目，结合人工智能、医学、生物力学和人因工程学，研制出主动康复机器人。在科技部的指导下，张振源教授的可穿戴机器人手技术转移到富博医疗公司。经过研发，康复用“镜手”成功投放市场！
与以往的大型线性张力康复器械不同，“镜手”只有650克，可以让治疗摆脱场地的限制，像穿上外骨骼、训练抓握实物、实施镜像治疗一样，同时通过线性张力记录患者手部各关节在运动过程中的松紧度和角度，并建立数据库。治疗过程中收集的数据可以用来分析专属的数字化康复疗程，然后通过精准的机器人康复，加速患者的神经连接。
健康的右手运动带动左手患侧的康复，左手患侧体积较轻，康复时可与实物互动。由于患者的手非常僵硬，课题组特意咨询了医生，减缓康复运动以避免劳损，并将肌张力评估(MAS)控制在1 ~ 1。图/泛科学摄影
像是穿上钢铁人盔甲一样镜像手
大部分中风患者都患有偏瘫。镜子治疗就是把患手放在镜子后面，健手放在镜子前面。看着健康的手在镜子中反射的图像，想象患手正在做同样的动作。镜子反射的健康手的图像刺激了大脑中运动前皮层的活动
目前，许多临床论文证明，镜像疗法可以有效地帮助肢体残疾的脑卒中患者增加关节运动的程度和准确性。图//维基百科“镜手”已于2019年成功获得FDA认证。未来教授的实验团队想做上臂，全面走进长期生活。比如，当家里的老人需要弯腰举起重物时，可以穿上这套“钢铁侠盔甲”，在机器人的帮助下减轻负担。或者老人的手控不够灵敏。当手不小心被菜刀松开时，机械臂还能及时帮忙扶住，降低风险。
什么是镜像治疗(Mirror therapy) ？
早年的机器人多用于工业制造，主要追求快速准确的执行命令。如果要将机器人投入医疗，机器人必须学会更加灵活细致的动作。张振源教授的团队开发了一种更接近人类的机器人清华绅士。与其他机械臂最大的不同是，清华绅士不仅拥有更灵活的七轴手臂，可以使机械臂折叠到人类无法达到的角度，还拥有三维动态视觉、触觉和软硬臂。
>
清华绅士可以依靠手指上的三维压力感测器侦测所抓物体的压力方向，就像我们的手上有触觉神经一样。对人类来说，感受东西的软硬程度是极其简单的事情，但对机器人来说可能不是。像是拿包子这种软软的东西时，人类会自然而然放轻动作，传统机器手臂就容易因为力道过大把包子捏扁，张祯元教授的清华绅士可以根据指尖上的感测器侦测到的回馈力道放轻手指收拢的速度，应用在医疗照护方面时就能避免力道过大误伤病患。
清华绅士配有两只手臂，可以依照使用需求装上软手或硬手，虽然能比工业用单一手臂做更多任务，但对设计者来说是一大考验。像是在端盘子时，一只手的时候只要平平的拿起来就好，两只手的时候就要配有协调、感知的能力，互相配合才不会倾向其中一边，张祯元教授觉得这就是研发机器人的乐趣所在。
张祯元教授认为在设计机器人时应该更贴近人类，让机器人也能使用人类的工具，不应该特地发明一系列「机器人专用工具」。以往在使用机器手臂时，操作员要先帮机器人换上专属工具，再针对目标任务为每个关节分别输入指令，耗时又耗力。有别于传统机器手臂，清华绅士的手会在接触物体的同时配合物体的轮廓自然而然的弯曲手指。想像小时候我们常常玩的捲尺手环，不论你的手腕粗细，只要往手腕一打，捲尺手环都能沿着你的手腕包覆。清华绅士的手也是同样的道理，透过人工智慧和工程的技术整合，清华绅士就能跟人一样，碰到物件的同时自动调正出最适合的拿法。
传统机器手臂给人的印象大多是坚硬的、一板一眼的，清华绅士的软手臂採用气压传动的方式，能更贴近人类的手部动作，温柔地抓取物体。硬的手可以用感测器得到每一个关节的转动角度数据，软的手因为在三维空间中会随意地移动，所以没办法装上可变电阻侦测角度的转动。像是手机有加速计、陀螺仪、磁力计来知道现在手机在空间中的位子，研究团队成功研发出一款感测器装在手指节上，能透过 14 个感测器回传的资料计算出整只手在空间中的姿态。
整合各方人才创造价值
张祯元教授表示，能成功研发出清华绅士靠的不是顶尖的工程技术，而是懂得将已经拥有的技术整合。清华绅士由张祯元教授负责机电整合与结构设计，资工、电机系教授负责「脑部」软体研发，是机械、资工、电机跨领域合作的结晶。
进一步询问教授会建议什么样的人才投入这个产业时，答案令人惊讶！张祯元教授鼓励美学人才也一起加入机器手臂的製作。对台湾来说，我们的工程规格世界领先，但一个产品的价值不只有工程，美学设计、产品理念也很重要，台湾不缺少专业人才台湾缺少的是价值定位者。教授举了苹果手机当例子，iPhone 如此成功除了本身的软体外，面板材质、尺寸大小、背板颜色、商标位置都是经过严格设计的，价值就藏在这些小细节中。
科学的研究发展包含研究（research）和发展（development），研究是重新找东西，同一个问题从不同角度去思考，我们要找的是所有能发挥价值的可能性，锁定目标后再发展技术去实现它，像是思考机器手臂除了帮助医疗复健，可不可以也应用在日常生活甚至是军事上呢？张祯元教授认为我们应该先订方向（研究）再找研究缺口（发展），在提升单一技术的同时要不停的考虑，这样技术还可以运用在什么方面？还缺少什么？
工程是科学的应用，是科学和经济的结合，所以要懂得定义问题再来创造价值。张祯元教授建议工程方面学生除了具备自己领域的专业知识以外也要具备管理能力和企业家精神（entrepreneur），将格局放大才能知道自己的技术定位在哪里，我们要做的不只是定义价值，最好能定义未来。
从各方报导和参展照片都可以看到许多学生展示跟解说机器手臂的身影，张祯元教授说：「学生才是主角，我不需要跟大家说我用了多少人做出这个手臂，我只要回家跟我太太报告就好了！」张祯元教授认为自己在他所带领的机器人实验室是「促成者」的角色，教授非常赞同学生站出来分享自己的研究，也鼓励学生向自己提出想法一起找出可行的设计方向。作为领导者应该整合团队创造出成果，跨领域人才的整合是未来趋势，如何创造更多价值值得我们去发挥创意。
内容来源网络，如有侵权，联系删除，本文地址：https://www.230890.com/zhan/188621.html
内容来源网络，如有侵权，联系删除，本文地址：https://www.230890.com/zhan/188621.html
