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Hybrid Assistive Limb 混合輔助肢體

20200914

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HAL(Hybrid Assistive Limb)又名混合輔助肢體,是中風、脊髓損傷等疾病致使下肢癱瘓者所使用的外骨骼式術後恢復醫療器械,又由於HAL具備機械人所必要的中央處理器、控制器、傳感器、驅動器、末端執行器以及配套的操作系統,也可以被視作為服務型的機械人。
 

HAL輔助病患重新站起來並走向康復的原理是在大腿運動神經處佈置數個名為「機體探測節點」的傳感器,監測來自大腦的運動指令——生物電信號,然後讓外骨骼代替肌肉來執行站立、步行、攀爬等動作,原本癱瘓的下肢在HAL的輔助下實實在在地運動,將運動的感覺反饋給大腦,配合相應的康復訓練,令大腦學習如何輸出必要的生物電信號控制下肢,一段時間後身體殘疾者就有可能脫離HAL獨自行走,達到受創康復的目標。

然而,這類康復技術雖然在理論上行得通,實現起來卻十分困難。首先,生物電信號的電壓非常微弱,通常為毫伏級,只有7號電池的千分之一,它在體內的傳播速度為150~400公里每小時,轉瞬即逝,透過皮膚監測溢出的電信號極為困難;其次,大腦發出的指令也多種多樣,識別並執行需要編寫龐大的指令表,將外骨骼機械運動與大腦信號一一對應;另外,HAL是穿戴在患者身上的外骨骼,體積、功耗都受限,把精密的電子元件塞入其中在工程上也是重大挑戰。

所以,三階吉行(Yoshiyuki Sankai)於1995年在筑波大學攻讀博士期間綜合仿生學、物理學和電子工程技術發明HAL以來,花了6年時間才研製出HAL的原型。因醫療應用的潛力,三階吉行於2004年在日本政府的資助下創立Cyberdyne公司,次年就帶着HAL參展愛知世博會,一舉成名。但正式產品獲得ISO/DIS 13482安全認證已經是2013年的事情,趁着這股東風,Cyberdyne2014年3月登陸東京證券交易所創業板上市,是日本首家上市的醫用外骨骼研發製造商。

然而,HAL完整套裝的價格極其昂貴,一套售價高達20萬美元以上,雖然名聲在外,銷量卻並不理想,公司一虧再虧,股票評論網站Citro Research於2016年8月發文《Cyberdyne的股價為全球荒謬之首》做空該公司,股價隨後一個月時間從2055日元高位一路跌到1352日元,至今沒有恢復過來。

承擔巨大財務壓力的Cyberdyne一直謀求通過監管機構批准後在美國售販HAL系列產品,因為後者的醫保系統更為完善,可報銷的康復項目每年都在增加,病患對於昂貴醫療器械的接受程度更高。在去年12月HAL通過審批不久,Cyberdyne就和美國最大住院康復醫院之一的Brooks達成合作協議,將在後者的32個康複診所中推廣HAL,每年的潛在客戶至少有45000人。此外,Brooks還將成為HAL產品的反饋方,幫助Cyberdyne收集臨床醫療數據和醫師、病患們的意見以改進產品。

永續美學經濟創新設計聯盟

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​計劃主持人 / 東海大學工業設計系 

柯耀宗    副教授

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