在机器人工程学上的比拼
全球仿生奥运会的英文“Cybathlon”,是将机械工程学的“仿生(cyber)”和意为“竞赛”的“athlon”组合而成的词汇。大会由瑞士苏黎世联邦理工学院主办,从2016年开始每4年举行一次。被称为“驾驶员”的残障人士,通过操纵基于机器人工程学等技术制作的辅助装备完成课题,一争高下。
残奥会以残疾人的康复为原点,是在使用辅助用具的同时,竞争身体能力的大会。与此相对,全球仿生奥运会是将重点放在较量最先进技术的开发上。两者都以提高残障人士的生活质量(QOL)为目的,只是发展的方向不同。
聚集了7000名观众的全球仿生奥运会2024会场瑞士赛场。四条腿机器人也亮相了
2024年10月25日到27日,第三届大会举办了三天。共有24个国家的67支队伍参加了电动上肢、辅助机器人、脑机接口(BCI)、功能性电刺激自行车、外骨骼、视觉辅助、电动轮椅、电动下肢等8项比赛。会场观众有7000人,网上也有21000人观战,气氛非常热烈。
追求小型化,实用性得到好评
日本队从第首届大会开始,每次都出场,本届最为引人注目的是连续2次出场的大阪电通大学。OECU&R-Techs团队参加了电动轮椅项目的竞技,通过爬楼梯等10个课题(任务)上的分数竞争,其未来实用性得到好评,从全部参赛团队中脱颖而出,获得评委特别奖“评审员奖”。
大阪电通大学团队的电动轮椅引入了调节高度的功能。坐在上边的是驾驶员小仓先生
轮椅的小巧设计是获奖的最大原因。获得冠军的加拿大不列颠哥伦比亚(BC)大学等为了应对困难的课题而将车体做得很大,而大阪电通大学重视的是能通过日本普通房屋门的实用性,将车轮的大小控制在BC大学的一半以下,将车体做成与市售轮椅相同或略小的尺寸。
由于小车身很难保持平衡,所以轮胎采用了使用皮带的履带式构造,能够上下台阶。另外,在前轮上装备了全向轮,通过四轮独立驱动使行驶功率倍增,同时还能转弯,从而提高了性能,完成了4个课题。
引进能够调节椅子高度的“剪刀式升降机构”也是该轮椅的特征。在日常生活中,可以根据操作电脑或做菜等不同的生活场景改变座椅高度。另外,落座的部分采用电动倾斜,消除了驾驶者下坡时由于下半身不自由而难以使上劲时感到的不安。
在电动轮椅项目上获胜的加拿大不列颠哥伦比亚大学。其轮椅的大型构造格外引人注目
将驾驶者的愿望变成现实
负责开发的是机器人工程专业教授郑圣熹(来自韩国)和研究室的学生们。虽然领头人是教授,但实际上制作电动轮椅的是学生。他们听取驾驶者的意见,在不断探讨的同时,完成了尖端技术的结晶。
率领大阪电通大学队的郑教授
提出设计理念的是两腿不方便的驾驶者小仓俊纪。他说:“要想切实完成课题,当然是把轮胎做大,装上更多电池比较好。但是日本的居住环境比较狭小,大的车身并不实用。再考虑到将来可能会商品化,所以我希望优先考虑的功能应该是小巧玲珑、容易乘坐。”果然,这种精心设计的功能收获了高度评价,他在回顾比赛时表示说:“获得评审员奖真是太开心了。”
17年前,小仓因职场事故而开始了轮椅生活。“门突然倒了,我的以前屈的姿态,折成两半,造成腰骨粉碎。”原本喜欢驾驶,现在却由于下半身麻痹而不能骑心爱的摩托车了。心怀懊恼之时,朋友一句鼓励的话让他变得积极向上。
“你不是正在驾驶吗?”朋友说。
从那时开始,小仓开始与轮椅共处。他最憧憬的人是美国的艾伦·福斯林翰姆,他在轮椅上像滑板男孩一样做后空翻,或跳出20米以上的高度。在2016年里约残奥会上也展示了杂技般的空中飞舞表演。他那远远超出想象的英姿,给小仓注入挑战的勇气。
关于担任全球仿生奥运会的驾驶员一事,小仓表示:“我一直在想,如果能在日常生活中用(比赛中的)轮椅上下楼梯该多好呀。而且,我心中也有从事开发出行工具方面工作的想法。很想为学生们制作的电动轮椅尽一点力。”
郑教授回顾与小仓初次见面的2019年,心中充满感激地说道:“参加全球仿生奥运会需要驾驶员,但在开发阶段无论多么注意安全,都不敢说‘绝对安全’。在找不到人下决心为我们充当驾驶员的情况下,小仓主动举手说‘我愿意’。”
颁奖典礼上兴高采烈的大阪电通大学队的队员们
群策群力解决残障人士的苦恼
郑教授指出,全球仿生奥运会的价值不仅仅在于比赛的结果。学生们与残障人士进行讨论,打磨设备性能,为解决日常生活的烦恼而制作产品的过程也具有极大的价值。“要参加全球仿生奥运会,就需要团队在期限到来前完成作品。在正式比赛中若设备运行故障会令人扼腕,若运行顺畅则将令人激动不已。能让学生们体验这两件事,是作为技术人员的宝贵经历”。
大阪电通大学工学系4年级的弓指咲英回顾了开发过程。他说:“在大学学习力学的时候,对如何在设计中应用力学,自己完全没有概念。在这次轮椅开发过程中,有残疾的小仓先生(根据身体的特征)明确地说出了自己能做的和不能做的事,因此我们明白了将知识运用到设计中的重要性。我感觉受益匪浅。”
10年增长5倍的朝阳产业
全球仿生奥运会的技术也被称为扩展人类能力的“人类扩展技术”。根据美国的调查公司《财富商业洞察》数据显示,2023年市场规模达到全球1691亿美元。预计到2032年将增长到约8859亿美元,备受瞩目。
日本政府考虑到老龄化社会的发展,于2012年制定了《机器人技术在护理利用上的重点领域》,以推进技术开发。据日本国内非官方统计,2022年度包括移乘、移动、排泄、入浴、安全守护等在内的护理机器人市场约为22亿日元,但也有预测认为2025年度将增长到36亿日元。
在此次大会视觉支援项目出场的和歌山大学中嶋秀朗教授说:“在日本,机器人给人一种仿佛高科技产品的印象,但今后它会与铁路、高速公路一样成为社会性基础设施。全球仿生奥运会给观众提供了一个平台,让他们亲身感受并理解‘机械技术原来会变成这样’。”中嶋教授指出,日本的技术能力虽然与瑞士、中国等辅助技术强国不相上下,但从大学研究室团队出场的观点来看,除了人员编制不足及资金短缺之外,确保残疾驾驶者的安全也是一个难关。
观看全球仿生奥运会的赛事创始人罗伯特·瑞纳(Robert Riener)教授
芯片脑植入技术也登场了
在本次大会上尤其引人注目的比赛是BCI(脑机接口)项目。从读取脑电波的头部装备获得信号,并依此移动,考察视窗画面上的虚拟形象能否完成轮椅移动和避开障碍物等课题,由此进行竞争。
本次冠军由美国匹兹堡大学康复神经工程研究所的“皮特•克鲁”队获得。他们让颈部以下麻痹的驾驶者直接在脑部植入装置或芯片出场参赛。虽然被称为“脑植入体”的这项技术尚处在开发过程中,但与头戴式装备相比,它能压倒性地输送大量信息。他们以高于亚军队2倍的高分完胜对方。
用头戴式装备发送脑电波信号进行比赛的BCI。在第3届大会上,将端子直接埋入头部的美国队获得了冠军
仿佛科幻小说一般,在大脑中直接植入装置或芯片这种事,目前尚无法验证其未来对人体可能产生的影响,同时也存在关于伦理问题的指摘。然而,人们对其在不久的将来成为巨大商业机会的可能性期望甚高。在美国,特斯拉首席执行官埃隆·马斯克和运营脸书的Meta首席执行官马克·扎克伯格等人已投入巨额资金进行开发。这项技术目前已进化到能将人脑中所想内容以文字形式显示在屏幕上的程度。
策划并设计全球仿生奥运会的苏黎世联邦理工学院教授罗伯特·瑞纳表示:“残奥会寻求的是运动能力卓越的运动员,而重度残障人士则被排除在外。全球仿生奥运会最大的不同在于,通过电动机械等方式使重度残障人士能够参与竞技,并将其作为娱乐表演呈现于世人。残障人士在日常生活中面临诸多困难,而我们也有约20个新竞技项目的创意。”
看来,全球仿生奥运会的规模今后将会进一步扩大。
图片:越智贵雄
标题照片:在Cybathlon出场的大阪电通大学团队OECU&R-Techs的电动轮椅。驾驶员是小仓