中风是全球主要的致死与致残原因之一，每年影响约1500万人，其中500万人会留下长期功能障碍。与此同时，物理治疗师的数量缺口日益扩大，患者获得持续、高质量康复护理的难度也在不断增加。
麻省理工学院（MIT）的机械工程师团队提出了一种全新方案，将前沿人工智能技术与真实的人工护理实践相结合。
"我们的目标是教机器人如何协助完成物理和职业治疗，并非取代治疗师，而是延伸他们的服务覆盖范围。"Johannes Lachner解释道。他曾以MIT-诺和诺德人工智能博士后研究员的身份，在MIT机械工程系与脑与认知科学系共同完成了这项研究。"我们系统的核心创新在于，物理治疗师可以借助AI亲自训练自己的机器人，实现针对每位患者个性化、可扩展的支持。"
Lachner目前已担任普渡大学助理教授。他与诺亚·盖格尔（Noah Geiger，现为罗伯特·博世有限公司初级管理培训生，AI/IT方向，曾任MIT访问学生）共同开发了一套从物理治疗师的实际操作中学习的机器人治疗系统，用于自适应支持中风患者的康复训练。该系统结合了基于Transformer的扩散模型与实时力反馈技术，使双臂机器人能够根据每位患者的实际能力安全地调整辅助力度。
该系统采用了与ChatGPT生成图像类似的AI技术，但不同的是，它学习的是机器人应如何行动，以便在物理治疗过程中为患者提供最佳支持。机器人随后基于学习内容为患者提供辅助，提供恰到好处的身体支撑，使患者既感到挑战又保持参与积极性。
"大多数机器人领域的生成式AI模型专注于运动规划，而我们的模型是最早尝试学习物理交互的系统之一，即如何响应触觉、力量和阻力。"盖格尔表示，"我们的生成式AI模型的创新之处，在于其能够学习超越运动规划的动态物理交互。"
在初步原型的测试阶段，研究人员招募健康参与者进行真实世界的物理远程操控实验，并以此训练生成式AI模型。参与者在刻意调整自身用力程度的同时，完成了常见的康复动作，例如手臂抬举和平面外伸展。
"这使模型能够学习机器人辅助应如何随患者的主动参与程度而自适应调整。"Lachner解释道，"与此同时，人工操作员通过远程操控引导机器人完成富含接触的操控任务，打造了一套'运动物理障碍课程'。两类互补的数据集共同帮助模型学习并泛化出有效的物理交互策略。"
这项研究目前已走出实验室。在德国慕尼黑的门诊康复中心Pfennigparade，一项临床研究正在进行中：物理和职业治疗师佩戴力感应手套为患者提供治疗，全程由摄像机记录。所采集的数据将用于训练一个新的生成式AI模型，以捕捉每位治疗师独特的物理交互风格。
"初步的机器人实验已经证明了这一方案的可行性。"Lachner表示，"项目的下一阶段将着力开发针对特定治疗师的专属模型，并通过与此前接受过人工治疗的同组患者开展长期临床研究来评估其效果。"
这项工作建立在MIT纽曼生物力学与人体康复实验室的前期研究基础之上，该实验室由MIT机械工程系孙载教授Neville Hogan主持。"此前的工作局限于平面内的伸展动作。"Hogan表示，"这项新研究将其扩展到了更广泛、更具功能性的动作范围。"
该系统可支持多种物理治疗需求，主要应用场景包括：上肢受损的中风患者、正在恢复关节活动度的术后患者，以及需要维持手臂和肩部力量与活动能力的老年人。Lachner表示，未来还有更多潜在的应用方向。
"展望未来，我们的方案远不止于物理治疗领域。"他说，"它有潜力教会机器人如何在现实世界中进行物理交互，例如在工业场景或协作工作空间中。通过将基于物理的控制与AI相结合，我们正在开启新一代具备物理智能、稳定且安全的机器人时代。"
该团队的论文《基于扩散的阻抗学习在富含接触的操控任务中的应用》现已在《IEEE机器人汇刊》上发表。
本项研究得到了MIT-诺和诺德人工智能博士后研究员项目的资助，以及德国库卡机器人公司的支持。
Q&A
Q1：MIT开发的这套机器人康复系统是如何工作的？
A：该系统结合了基于Transformer的扩散模型与实时力反馈技术，通过让物理治疗师亲自操控机器人为患者进行治疗，收集相关数据来训练生成式AI模型。机器人学习治疗师的物理交互方式后，能够根据患者的实际能力自动调整辅助力度，提供恰到好处的支撑，使患者在康复训练中既感受到挑战，又保持参与积极性。
Q2：这套机器人系统适合哪些患者使用？
A：该系统主要面向三类人群：一是上肢功能受损的中风患者；二是术后需要恢复关节活动度的患者；三是需要维持手臂和肩部力量与活动能力的老年人。未来，该技术还有望扩展至工业场景和协作工作空间，应用范围将进一步拓宽。
Q3：这套系统目前处于什么研发阶段？
A：目前该系统已走出实验室，进入临床研究阶段。在德国慕尼黑的门诊康复中心Pfennigparade，研究人员正在记录治疗师为真实患者提供治疗的数据，用于训练新的生成式AI模型。下一阶段将开发针对特定治疗师的专属模型，并通过长期临床研究评估效果。
