一款面向脑瘫儿童的新一代轻量化柔性外骨骼——MyoStep，正在展现技术如何在解决全球健康挑战、改善生活质量中发挥关键作用。
这款由美国国家科学基金会（NSF）BRAIN中心（全称Building Reliable Advances and Innovation in Neurotechnology）与TIRR Memorial Hermann康复医院联合研发的穿戴式设备，旨在帮助存在运动障碍的儿童恢复行走能力。脑瘫儿童通常由于运动障碍，难以参与体育活动、日常自理及学业，进而出现发育迟缓、社交孤立与自尊心降低等问题。MyoStep的出现，为他们提供了更轻便、贴合、智能的辅助方案。
“MyoStep项目是儿科行动辅助设备领域的一项重大进展，特别适用于脑瘫患儿。”NSF BRAIN中心主任、休斯顿大学电气与计算机工程教授Jose Luis Contreras-Vidal表示。
颠覆传统的儿童外骨骼
脑瘫是一种常见的儿童神经系统疾病，每千名新生儿中约有1至4人患病。Contreras-Vidal指出，传统外骨骼虽能提供一定支撑和稳定性，但存在体积笨重、无法适应儿童生长变化等弊端，不适用于日常穿戴。
为此，团队采用人工肌肉、智能织物与多模态传感网络等先进技术，打造出更加轻便、可调节的MyoStep原型。
该研发项目由Contreras-Vidal与德克萨斯大学健康科学中心（UTHealth Houston）物理医学与康复学教授、TIRR Memorial Hermann医院医学主任Gerard Francisco博士共同领导，集结了来自多个学科的专家：包括生物力学与矫形外科（Christopher J. Arellano，亚利桑那大学）、服装设计与技术（Paige A. Willson）、工业设计（Elham Morshedzadeh与Jeff Feng）、机械工程（Francisco C. Robles Hernandez与Zheng Chen），以及电气工程学生（Shantanu Sarkar、Aime J. Aguilar-Herrera与Lara Altaweel）等。
“这项研究为我们如何理解并实现脑瘫儿童的行动自由与独立性开辟了新道路。”Francisco说。
智能、隐形、安全
MyoStep设计时充分考虑了儿童家庭的日常生活场景——设备不仅轻便、隐蔽，而且利用无线传感网络嵌入智能柔性面料中，实时监测并反馈用户动作，从而自动协助腿部或手部运动。
安全性方面，MyoStep集成了温度监测与紧急关闭功能。所有电子部件和执行机构均与皮肤隔离，避免直接接触，减少不适或过敏风险。当设备表面温度超过安全阈值时，系统会自动关闭以防烫伤。此外，传感器之间通过蓝牙技术进行通信。
Francisco强调：“MyoStep的意义不仅在于技术本身，更在于它带来的信心、功能与希望。它帮助孩子们更轻松、更有尊严地迈步前行，极大提升了生活质量。”
下一步：优化踝关节控制
原型设计中尤为关键的是踝关节、膝关节与髋关节的协同控制。团队正在重点攻克踝关节的动作控制问题，希望通过改进，提高步行效率，减少能耗。
Contreras-Vidal介绍，他们正在利用**形状记忆合金（shape memory alloys）与介电弹性体（dielectric elastomers）**等智能材料制成的人工肌肉，提升设备响应能力。这些致动器与肌电图（EMG）传感器及惯性测量单元（IMUs）协同工作，以捕捉肌肉活动、步态节律和关节角度等数据。
“我们一直在努力复现真实肌肉的功能行为，但要实现轻便系统中的精确模拟，还需要跨学科的整合与技术突破。”他说。
参考文献：Aime J. Aguilar-Herrera et al, Walking Into a New Era of Soft Exoskeletons for Children With Cerebral Palsy: A Humanitarian Impact of Electron Device Technologies and Applications, IEEE Electron Devices Magazine (2025). DOI: 10.1109/MED.2025.3541178
编辑：王洪
排版：李丽
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