論文解讀

下肢運動功能障礙是中風、脊髓損傷等神經系統疾病及膝關節置換術后的常見后遺癥，傳統康復治療面臨兩大困境：一是臨床康復周期有限，患者出院后難以維持高強度訓練；二是現有康復設備體積龐大且功能單一，無法滿足從臥床期到肌力恢復期的全程需求。更嚴峻的是，全球約30%中風患者因交通不便或經濟原因無法持續獲得專業康復服務。這種"康復斷層"現象直接導致患者肌力恢復不足，嚴重影響生活質量。

針對這一難題，來自Institut Teknologi Bandung的研究團隊創新性地將臨床常用的連續被動運動(CPM)設備與虛擬現實技術結合，開發出可居家使用的Rehab-Bot系統。該研究突破性地采用導納控制(admittance control)算法，通過力傳感器實時監測患者施力情況(F_user)，依據X_desired(s)=1/(cs+k)·F_user(s)方程生成虛擬阻力環境，使普通電機能模擬出0.03-0.4 N/mm可調的彈簧剛度效果。相關成果發表在《Cognitive Robotics》，為居家康復設備研發提供了新范式。

關鍵技術方法
研究采用四步法驗證系統：1)基于多體動力學模型對比四桿/六桿機構能耗特性；2)在足部支撐點集成單向梁式載荷傳感器；3)通過Arduino Uno構建20Hz實時控制系統，采用HX711模塊實現24位力信號采集；4)用健康受試者驗證不同參數組合(0.12 N/mm+2 Ns/mm vs 0.03 N/mm+0.6 Ns/mm)下的訓練效果，同步記錄超聲位移傳感器數據。

研究結果
機械設計
動力學仿真顯示六桿機構在0.1Hz以上工況能耗顯著增加，但考慮居家康復低頻特性(≤0.1Hz)，最終選用更易實現的四桿機構。驗證實驗證實兩種機構在20秒操作周期內峰值功率差異<5%，但現原型22.2kg重量仍需優化。

機電控制
力傳感器直接集成于足部施力點的設計，模擬了飛輪腿舉(flywheel leg press)的生物力學特性。系統可實現150°/min速度限制和0-120°安全角度范圍，與商業CPM設備參數一致。

虛擬阻力驗證
1kg砝碼階躍輸入測試顯示，0.12N/mm+2Ns/mm組合的穩態誤差僅1.27%，而0.03N/mm+0.6Ns/mm組合誤差降至0.31%。健康受試者訓練中，95%位移誤差控制在10mm內，證實系統可精確渲染不同阻力環境。

結論與意義
該研究首次將導納控制應用于居家下肢康復設備，突破性地實現了：1) 通過軟件調節虛擬阻力參數，避免傳統設備更換飛輪/配重的繁瑣；2) 保留CPM設備輕量化優勢(可優化至14kg以下)，適合家庭場景；3) 為后續整合EMG信號和自適應控制奠定基礎。

局限性在于當前僅支持向心收縮(concentric contraction)訓練，未來需開發兼顧離心收縮(eccentric contraction)的負載模型。研究團隊建議開展多中心臨床試驗，以確定不同神經損傷階段患者的最佳k-c參數組合。這項技術將有望解決康復資源分布不均的全球性難題，特別適合發展中國家社區醫療應用。