【為什麼我們要挑選這本書】人體裝上機器,半人半機器即將實現?看看帕運會中跑步競賽的參賽者,搞不好未來早就到來。

2040世界未來報告書》一書,詳細解析 20 年後的未來,將全面顛覆人類生活的領域。下文分享行動輔助裝置外骨骼服如何幫助身障者、3D 列印骨骼如何修復人體等新科技應用。未來外部裝置將如何賦能人類,甚至幫助癱瘓者喚醒沈睡已久的四肢?(責任編輯:洪郁萱)

2014 年 6 月 12 日,巴西世界盃(編按:足球賽)開幕式吸引了眾人的目光,並上演了一幕驚人創舉。當時的主角是一名叫朱利亞諾.平托(Juliano Pinto)的青年,一場突如其來的事故使他脊髓受損、下半身癱瘓。

因此不要說是踢足球了,平托連站都站不起來。然而那天,他從輪椅上站起來並開了球。看到這一幕,七萬多名觀眾喝采歡呼。當時平托穿上了一種用大腦來控制的穿戴式外骨骼機器人。

外骨骼服助下半身癱瘓患者找回活動力

朱利亞諾.平托開球這奇蹟般的一幕背後有個叫 「再次行走計畫」(Walk Again Project)的研究團隊。這個研究團隊後來又取得了更驚人的研究成果。他們讓八名下半身癱瘓者穿著外骨骼服(Exosuit)進行了密集的大腦訓練,一年後,患者們找回了一部分的感覺,並能自行控制癱瘓部位。

這項在杜克大學神經科學家米格爾.尼科萊利斯(Miguel Nicolelis)博士的帶領下取得的研究成果被刊登在科學雜誌《科學報告》上。這是有醫學研究首次宣布脊髓嚴重受損的患者的感覺和運動能力得到改善

這次的研究結果讓尼科萊利斯博士也感到十分驚訝。他在某次的媒體採訪中表示,「我們在啟動這項計畫時,根本就沒料到會得到如此驚人的臨床結果。我們到目前為止從未碰過患者被診斷出完全癱瘓的數年後功能恢復的案例」。

哈佛大學和 Rewalk Robotics 共同開發的外骨骼服是為了幫助患有多發性硬化症等身體疾病的患者找回活動能力而開發的產品。外骨骼服的特點是採用了基於柔軟纖維的設計,減輕了外骨骼的重量,因此能幫助下半身癱瘓的患者找回活動能力。

Rewalk Robotics 在經過反覆研究後取得了相當大的進展。他們在自家外骨骼產品中搭載了能遠距提供、分析健康數據的功能,並提供了有物理治療師參與的遠距物理治療功能,來加快商業化的步伐。據說,德國的保險公司不僅將支援「Rewalk 6.0」外骨骼系統的相關費用,還將支援訓練費用,提供患者廣泛的支援。

韓國的外骨骼服助患者爬坡

韓國也有取得關於外骨骼服的創新研究成果。2020 年 6 月韓國科學技術院發表了機械工程學系孔慶哲教授和世福蘭斯醫院羅東旭教授共同開發、用來輔助下半身癱瘓者的外骨骼「WalkON Suit 4」。

WalkON Suit 4 搭載了馬達,因此能讓完全無法使用下半身的患者自行行走,而不需要別人的輔助。患者不但能站起來、走路,還能克服樓梯、斜坡等經常會在日常生活中遇到的難關。韓國科學技術院還透露在下半身完全癱瘓者所使用的外骨骼中,WalkONSuit 4 的步行速度為全球第一。WalkON Suit 4 使用了許多韓國的國產技術,因此評價稱其在確保國產外骨骼原始開發技術和改良技術方面具有不小的意義。

提供身障人士新的身體經驗

外骨骼服的開發正在為身障人士提供新的挑戰機會。「人機體育大賽」就是代表性的例子。它的英文「Cybathlon」是「Cyborg」(改造人)和「Athlon」(競技)的合成詞,是瑞士國家競爭力研究中心的機器人學單位(National Centre of Competence in Research Robotics)主辦的國際競賽。

參加人機體育大賽的選手們部分身體功能有障礙,他們會穿戴外骨骼等使用生物工程學技術開發的輔助裝置、克服障礙,並較量裝置的卓越性和選手的操縱能力與意念。

2016 年,第一屆人機體育大賽在瑞士舉行了。當時在決賽中,由韓國科學技術院的孔慶哲教授和金炳旭選手組成的「SG Mechatronics」隊繼德國的「Rewalk」隊和美國的「IHMC」隊之後,獲得了第三名。像這樣,韓國隊當時就已經有了世界一流的競爭力。

在 2020 年的人機體育大賽中,金炳旭選手在穿戴式機器人項目中奪得了金牌,與他一起參賽的李珠賢選手也獲得了第三名。比四年前更優異的成績不僅證明了韓國選手們的實力,還證明了韓國的機器人服(Robot Suit)取得了長足的發展。金炳旭選手創下了最高紀錄 3 分47 秒,他表示「機器人做得很好,坐起來非常舒適」。

用 3D 列印機製作器官和組織

3D 列印技術正在擴大到人體領域。除了穿戴式裝置外,人類現在還能根據患者的骨骼結構 3D 列印客製化的人工骨後,移植到體內「修復」人體。

在醫療領域,特別是在脊椎融合術領域,3D 列印具有相當大的潛力。3D 列印的椎體護架會被用於脊椎融合術,來治療椎間盤突出或脊椎不穩定症狀。這個椎體護架會取代變形或受損的椎間盤、矯正脊椎,並穩定脊椎、減少壓力。

身體嚴重受損的患者也能利用這項技術移動輪椅,對因四肢癱瘓、漸凍症等而失去肌肉控制能力和移動能力的身障者來說,這項研究是個好消息。這項技術還有幾個優點,那就是可以讓患者感受到能靠自己站起來、走路的滿足感,並避免患者因無法移動身體而得到併發症。

澳洲新南威爾斯大學已經開發出了一種人工骨製作技術,其能用陶瓷材料 3D 列印出與活的骨骼組織一樣的人工骨。

一直以來,人工骨骼組織都是在患者體外製作的,但新南威爾斯大學開發的技術讓醫生們能在進行外科手術時,精準地在需要的部位做出骨骼組織。這個能在人體內進行的新 3D  列印製程為需要更換骨骼的外傷和癌症患者帶來了希望,並減少了患者疼痛和恢復的時間。

如果能用 3D 列印製作人工器官,那與此相關的生物工程領域將跟著一起發展。UNYQ 公司正在為身障人士製作手臂和腿,Ekso Bionics 公司則在製作能幫助身障人士走路的機器人外骨骼。

在今後的五到十年,利用人工器官取代我們身體的一部分或器官的產業將變得發達,人類也不會再有抗拒感,而且這些人工器官很可能會比我們天生擁有的器官更好。我們也將能列印生物感測器來監測肝臟或心臟的健康狀態,並不斷獲得數據。

這些研究目前都處於現在進行式,未來的潛力無窮。到了 2056 年,這些技術將普及大眾,成為我們日常生活的一部分,人類將能擺脫身體障礙帶來的限制和痛苦。2040 世界未來報告書(本文書摘內容出自《2040世界未來報告書:太空淘金、人機共生、移動革命、能源戰爭、ESG策略,疫後時代如何抓住正在崛起的工作與商機?》,由 高寶出版社 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題。首圖來源:Unsplash)