港大 Exynergy 研發人工肌肉,助長者輕鬆步行
在實驗室内,一組模擬小腿後側肌肉的人工肌肉,正隨着人的動作靈敏地收縮。席教授介紹道,在日常應用中,這項核心原理將作用至腿部,感應人體控制肌肉的神經信號,同步驅動人工肌肉,為身體在肌力不足時提供精準的補償動力。
模仿肌肉的柔性與智慧
這一關鍵技術正是港大初創企業 Exynergy「可穿戴式軟體機械人」項目的核心,旨在協助長者步行及日常活動。席教授指出,對許多長者而言,傳統的剛性外骨骼機械人未必合適,尤其在考量到穿戴舒適度、骨骼健康與身體自然活動時,往往存在限制。
項目的核心技術在於採用「剪切增稠膠」(Shear Thickening Gel, STG)研發的「人工肌肉」。團隊並非採用傳統電機直接帶動關節,而是研發出能像天然肌肉般伸縮並產生力量的肌絲。在實時神經信號的精準控制下,系統能實現無延遲的動態響應,自然配合人體動作。席教授形容,這種材料在不發力時非常柔軟,但當受力時剛度便會增加並變硬;這種特性讓它能在需要協助時更有效地將力量傳遞至人體,而在不需要時又保持足夠的柔軟與舒適感。
其目標絕非取代使用者的動作,而是與之同步流暢配合。當使用者的自身肌力不足時,人工肌肉便會在適當的時刻切入,提供適量的補償力量。
席教授強調,輔助力度必須因人而異、做到個人化。支援太多可能會讓使用者自身的肌肉產生惰性,進而影響肌肉鍛煉與平衡能力;支援太少則無法達到實質助益。
從工業走向家庭的願景
Exynergy 的誕生,源於席寧教授於 2015 年底加入港大後,對科研方向的一次轉型。來到港大後,他觀察到機械人技術應用正從工廠走向家庭,從單純支援生產轉變為真正幫助人類,因而促成了他轉向研究醫療健康機械人領域。
團隊的科研之路獲得多項重要資助支持,包括香港研究資助局的優配研究金(GRF)、主題研究計劃(TRS)等。隨後,香港特區政府的 “產學研1+計劃(RAISe+)”更為項目創造了關鍵契機,推動技術從實驗室走向商品化,讓創新成果真正走入社群、造福大眾。
挑戰不止於此。目前系統連電池重約 2 公斤,團隊正與上海的服裝設計夥伴合作,持續優化其重量、外觀與穿脫便利性;跨學科團隊亦與社區長者義工緊密合作,為裝置進行測試與評估。Exynergy實驗室匯聚了跨學科的頂尖人才,成員涵蓋專精於機械人、運動與肌肉科學、服裝設計、醫學、社會工作等領域的專家。
「我們研發這項技術的初衷,是為了幫助長者——不單單是延長他們的壽命,更是要成就健康而快樂的老齡生活。」席教授表示,「這關乎積極與健康的晚年生活。機械人的意義不在於取代人類的能力,而是在最需要的時候,提供一層智慧的支援,細心聆聽身體的信號,並在最關鍵的時刻給予最溫暖的支持。」
多項前沿技術齊頭並進
席教授及其工程學院數據與系統工程系團隊在機械人領域研發了多項創新項目,主要涵蓋醫療健康與工業應用等方向。在醫療與健康輔助方面,團隊開發了外骨骼機械人、健身機械人、醫療機械人以及用於生物醫藥開發的納米機械人。在工業與特殊應用方面,則涵蓋半導體製造設備、裝配機械人、遠端操控系統、建築與清潔系統,以及應用於警用偵察和醫院、機場等場景的消毒與清潔機械人。
在這些豐富的研究基礎上,與「可穿戴式軟體機械人」同時在測試的人工肌肉驅動機械手,未來同樣具備應用於義肢的潛力。團隊指出,人工肌肉可率先學習人手動作,再將該功能轉移至機械手或義肢上,為未來的義肢技術開闢了廣闊的前景。
Exynergy 將於 2026 年 10 月 14 日的「港大創新節」上展示其創新科技。席教授期望盛會能讓社會各界更深入了解這系列的前沿技術,吸引更多投資者的持續支持,並鼓勵更多有志青年投入到將科研成果轉化為實際產品的行列中。
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