可穿戴软体机器人为肌萎缩性侧索硬化症患者恢复手臂功能

美国约有3万人患有肌萎缩性侧索硬化症(ALS)，也被称为卢伽雷氏病，这是一种神经退行性疾病，会损害大脑和脊髓中活动所必需的细胞。

现在，来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)和麻省总医院(MGH)的一组研究人员开发了一种能够显著辅助的软机器人穿戴设备上臂和肩膀的运动。

“这项研究给我们带来了希望，软机器人可穿戴技术可能帮助我们开发出新的设备，能够恢复ALS患者和其他剥夺患者行动能力的疾病患者的功能性肢体能力，”研究的高级作者康纳·沃尔什说科学转化医学报告团队工作的文件。沃尔什是SEAS工程与应用科学的Paul A. Maeder教授，他领导着哈佛生物设计实验室。

这个辅助原型是柔软的，以织物为基础的，由电池无线供电。

“这项技术本质上很简单，”该论文的第一作者托马索·普罗耶蒂(Tommaso Proietti)说，他曾是沃尔什实验室的博士后研究员，可穿戴设备就是在那里设计和制造的。“它基本上就是一件衬衫，腋下有一些可充气的气球状驱动器。加压气球可以帮助佩戴者对抗重力，移动他们的上臂和肩膀。”

为了帮助渐冻症患者，该团队开发了一种传感器系统，可以检测手臂的残余运动，并校准气球执行器的适当压力，以平稳自然地移动患者的手臂。研究人员招募了10名肌萎缩性侧索硬化症患者，以评估该设备能在多大程度上延长或恢复他们的运动和活动生活品质．

研究小组发现，在经过30秒的校准过程，以检测每个穿戴者的独特活动和力量水平后，这种柔软的机器人可穿戴设备改善了研究参与者的活动范围，减少了肌肉疲劳，并提高了手持或伸手拿物体等任务的表现。参与者只用了不到15分钟就学会了如何使用该设备。

“从本质上讲，这些系统也非常安全，因为它们是由织物和充气气球制成的，”普罗耶蒂说。“与传统的刚性机器人不同，当软体机器人出现故障时，这意味着气球不再膨胀。但佩戴者不会有被机器人伤害的风险。”

沃尔什说，这种柔软的可穿戴设备对身体很轻，对穿着者来说就像衣服一样。他说:“我们的愿景是，这些机器人应该像衣服一样，长时间穿着都很舒服。”

他的团队正在与麻省总医院神经恢复诊所主任、神经学家大卫·林(David Lin)合作，研究中风患者的康复应用。该团队还看到了这项技术的更广泛应用，包括那些患有糖尿病的人脊髓受伤或肌肉萎缩。

“我们正在努力开发新的治疗疾病的方法预期寿命在美国，也有必要开发可以提高患者的独立性的工具日常活动这篇论文的合著者之一萨布丽娜·帕格诺尼(Sabrina Paganoni)说，她是麻省总医院希利和AMG肌萎缩性侧索硬化症中心的一名内科科学家，也是斯波尔丁康复医院/哈佛医学院的副教授。

目前为肌萎缩性侧索硬化症开发的原型只能够在肩部仍有一些剩余活动的研究参与者身上发挥作用。然而，肌萎缩性侧索硬化症通常在两到五年内迅速发展，使患者无法移动，最终无法说话或吞咽。该团队与MGH神经学家Leigh Hochberg (BrainGate神经接口系统的首席研究员)合作，正在探索可通过大脑信号控制动作的辅助可穿戴设备的潜在版本。他们希望，这种设备有一天可以帮助那些不再有任何残余肌肉活动的患者运动。

普罗耶蒂说，ALS研究参与者的反馈令人鼓舞、感动和激励。

“看着人们在执行任务时的眼睛，体验使用可穿戴设备的运动，听到他们的反馈，他们非常高兴，因为他们突然可以以多年来都无法做到的方式移动手臂，这是一种苦乐参半的感觉。”

该团队迫切希望这项技术能够开始改善人们的生活，但他们警告说，他们仍处于研究阶段，距离推出商业产品还需要几年时间。

“软体机器人可穿戴设备是ALS患者真正恢复功能道路上的重要进步。帕格诺尼说:“我们感谢所有参与这项研究的ALS患者:只有通过他们的慷慨努力，我们才能取得进展并开发新技术。”

哈佛科技发展办公室保护了知识产权由此产生的研究，正在探索商业化的机会。

其他作者还包括Ciaran O'Neill, Lucas Gerez, Tazzy Cole, Sarah Mendelowitz, Kristin Nuckols和Cameron Hohimer。