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研發多了同理心,友善科技能幫人

人,才是最重要的
文 / 徐仁全    攝影 / 關立衡
2013-11-07
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研發多了同理心,友善科技能幫人
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科技始終來自於人性,今天才真正體會到,」工研院機械所智慧機器人技術組組長王維漢,去年開始帶著6、7 位30 歲左右的年輕人,投入全球仍陌生的「行動輔助機器人」研發。

經過半年的努力,當這具輔助機器人雛形機穿戴在身障者的身上,幫助他們從輪椅上緩緩地站起來,甚至踏出夢寐以求的第一步時,研發團隊個個眼眶泛著淚水,心中更是激動不已,當下研發人員感受到:「科技始終來自於人性」的真諦。

回到2011 年,機械所參與了一項計畫─台中身障者自行車環島活動,就是協助身障者透過機械所改造的自行車,讓身障者得以踩踏並環島,一圓他們的夢想。當時也是身障人士的台中市副市長徐中雄提出一個想法,能不能幫身障者做更多,「讓他們能站起來,甚至行走」。

對擅長研發的機械所同仁來說,不是沒有想過投入行動輔助器具的研發。「風險太高、法規認證程序複雜,時間也較久,」王維漢解釋為何一直避開行動輔助器具的原因,也沒再多想。「但這次被感動到,看到身障者坐上自行車踩踏,臉上露出了喜悅與興奮的表情,我們感受到幫助別人的快樂,」他說。

感動化為行動

帶著這樣的感動,王維漢回到工研院找了幾位年輕同仁,開始組成「友善科技」研發小組,大膽挑戰協助身障者能站立,甚至能行走的行動輔助機器人來研究。這也是機械所首度把產業效益放在後面,社會公益擺在前面的科技研發計畫。

國際上投入外骨骼機器人的研發不少,尤其日本及美國,已開發許多能輔助人體負重、行走,甚至跑步的輔助機器人。但它們的用途主要是幫助正常人能承載更多重量、能走得更遠,以幫助農民或軍人在農事及軍事上的應用。

而將行動輔助工具用在協助身障者站立及行走者不多,目前只有1、2 家公司在研發,但仍未量產上市,多屬實驗階段。友善科技小組決定挑戰高難度,選定脊椎損傷(SCI)患者,特別是全損、肌肉張力無反應的重症患者作為協助改善對象,讓他們有機會能用輔助器具站起來,並能行走。

很快的,團隊裡有人負責寫軟體程式,有人負責機構設計,有人負責電控,有人負責傳統輔具研究開發等,就大家分頭進行,並同時向經濟部提出科技發展計畫,爭取經費。不過,第一個打擊馬上來到,專家冷嘲熱諷地認為他們是在浪費研發資源,認為不可行。

王維漢心裡也有些擔心,過去做的都是偏機械、技術方面,這次要做到人身上,特別是身障者要能使用, 對他及研發團隊來說是全新領域,能不能做成,真的沒有把握。

站起來又倒下去

理工科背景為主的研發小組,開始去翻閱醫學期刊, 讀醫學論文,了解脊椎損傷的前因後果,同時也與台大醫學院復健科取得聯繫,洽談合作,甚至進行人體臨床研究(IRB)的申請。

「過去我們都是想到機器,沒有想到人;但這次不同, 我們要先從人開始」。在工研院機械所待了11 年的機器人技術組經理巫震華說。他們徵求志願者,透過脊椎損傷協會及台大醫師的幫忙,開始有身障者願意當白老鼠,一起參加這個計畫。透過與患者的溝通與近身觀察,研發人員了解到身障朋友有很強烈的企圖心想要站起來,想與正常人同一個水平看這世界。友善科技小組研發人員的壓力自然湧現,也希望他們美夢成真。

經過日以繼夜,甚至沒空陪老婆生產的情況下,不到半年,友善小組在去年11 月就打造出第一具行動輔具機器人的雛形機,大家都很興奮,也寄望它能讓SCI 患者使用,幫他們能站起來。

今年1 月在台大醫院測試,大家都很期待身障者穿上後就可以站起來,所以先由訓練師穿戴調整步態,調了很久,最後調到最佳步態模式。結果患者第一次穿上後,站是站起來了,但卻無法順利的跨出第一步。「大家這時才發現,真正的研發才要開始,」參與軟體程式設計、清大動機所博士的黃加恩說。

沒能讓患者踏出第一步,最傷的不是患者,最傷的是友善小組成員,「整個團隊的心情盪到谷底,讓患者失望,不知該如何做下去,」王維漢說。

從心出發體貼使用者的心意

回到新竹的工研院後,負責寫程式的黃加恩不願離開,回到實驗室打開電腦,重新修改。另一位同仁成大機械博士的蔡宜政再穿上輔助機器人,一次又一次模擬身障者的身體機能,找出為何不能走的原因。

他們發現,脊椎損傷者的下半身幾乎是無法施力的, 而正常人走路的動作包括了骨盆帶動大腿及小腿外, 始能讓行走成為一件輕而易舉的事。但SCI 的患者可能下半身全無知覺,無法使力與施力,必須借重胸背部的力氣,成為平衡點,搭配使用長腿支架及兩手支撐的拐杖,才能行走。

為了更進一步改善身障者的步態模擬,蔡宜政甚至飛到美國,實地去觀察了解國外的做法,從中學習寶貴經驗。

同時,身障者也要學習新的行動方式。因為行動輔助機器人本身由4 顆馬達帶動控制,並有主動式的關節做調整。所以只要穿戴上身後,患者不用再施任何力氣,只需小小施力在兩手拐杖上,以取得平衡。這與現有使用長腿支架與拐杖搭配行走的施力方式很不相同, 「如果沒有教身障者如何使用,走起路來反而很辛苦、不習慣,」巫震華說。

經過每週2 次,每次2 到3 小時在台大醫院與患者測試的機會,研發人員親自與患者溝通,並拍攝記錄每一次的測試過程,帶回分析改進。漸漸的,患者開始露出微笑,臉上的表情也從剛開始的半信半疑,轉為信心十足。使用輔助行動機器人的時間也從一開始的1 分鐘,到5 分鐘,最後甚至可以走1 小時。

步伐也從1 步、2 步,漸漸拉長到10 多步,甚至超過百步。從害怕跌倒到可以自在的行走,每一過程,與每一步伐,都讓研發人員受到鼓舞,也再激勵研發人員要快快改善,不能放棄,讓身障者有朝一日自在行走。

研發人員從身障者身上看到希望

巫震華回想一次與患者訪談結束後,天空有點微微細雨,所以他就撐傘陪著個案推輪椅到停車場去取車。本以為個案應該有家人陪伴前來,沒想到完全不是這麼一回事,只有個案一人。他自己推著輪椅堅持不需別人幫忙,連坐上駕駛座也一樣婉拒協助。

當巫震華還在想患者要如何進到駕駛座,此時,只見他固定好輪椅,運用雙手將自己移位進入駕駛座。神奇的事發生了,個案用一條大毛巾,覆蓋在自己身上, 然後側身將車外的輪椅摺疊,並拉上駕駛座,滑過鋪在身上的大毛巾,把摺疊的輪椅就滑到副駕駛座上,然後把大毛巾收起。這一連串的動作,讓巫震華十分驚訝, 彷彿輪椅完全沒有重量似的。

個案發動車前說了一句:「你們這個研發對我們非常重要,我們也很期待,我會全力配合,大家一起加油!」巫震華看傻了眼,腦袋裡千頭萬緒,心裡卻深深的刻下一個印記:責任。

這個責任感驅使他們即使遇到第一次測試不成功,心情盪到谷底,反而激發了他們的鬥志,回到研究室再改程式、再修設計,快快讓他們再試一次,一直到成功為止。王維漢說,自己也做了10 多年的研發,過去都專注在機器上,機器不會有感情,只會有work 及不work 兩種,反應很直接,研發人員一看就懂。但這次,重點是在人身上,不是在機器上,人的反應有很多,成功了會喜悅,失敗會失望,對研發人員是鼓勵,也是壓力, 「過程中最大的收穫其實是來自人,」他說。

目前這套行動輔助機器人尚在臨床研究階段,預計今年底進一步開發2.0 版,把重量再減輕,模擬行走的步態更優質化,並同時邀請國內廠商參與先期關鍵零組件開發,預計5 年內量產此機器人,讓價格更低,使更多脊椎損傷患者能站起來、行走。

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