對於無數不幸遭受如脊髓損傷等身體創傷，或中風患者，他們的日常生活受到嚴重影響，而物理治療是他們康復旅程中的重要一環。然而，目前大多數物理治療主要以被動式訓練為主，僅通過一些身體活動來增強肌肉，而無法協助患者透過重新訓練自己的大腦來控制相關肌肉。
有賴新發明的出現，患者或可獲得如蜘蛛俠宿敵章魚博士般的超能力——通過意念控制機械觸手。香港中文大學（中大）生物醫學工程學系湯啟宇教授帶領的團隊，成功研發可穿戴強力外肌肉（ExoMuscle）。這是一種可穿戴人造肌肉，能夠連接大腦和肌肉，有助促進患者康復。此嶄新發明在2023年日內瓦國際發明展中獲頒陪審團祝賀金獎及特別獎。
ExoMuscle：力量是人體肌肉的兩倍
章魚博士強壯的觸手可舉起數噸重物，使他能與蜘蛛俠匹敵。ExoMuscle也同樣具有強大的力量！它是擁有強大力量的人工肌肉，在受壓程度、應變能力、功率密度，以及效率等各方面，均是首屈一指。ExoMuscle是正常肌肉力量的兩倍，可承受多達20公斤的重量。ExoMuscle的設計靈感來自人類骨骼肌肉收縮原理，即是肌肉纖維交叉的位置，重疊的部分會產生收縮運動。ExoMuscle模仿了這種機制，按照生物組織紋理，將尼龍纖維纏繞在經特別設計的膠管上。這突破性的人造肌肉擁有無與倫比的能量轉換效率、令人讚歎不已的力量，以及強大的收縮比例。
除了具有強大的力量外，ExoMuscle更是輕盈如羽毛，舒適度堪比第二層皮膚。它以薄矽膠製成，安全可靠，內部設有充氣膠管，以模擬肌肉收縮。患者亦可在家中自行使用ExoMuscle，無需前往醫院或醫療中心，大大減輕物理治療師等康復人員的工作負擔。從手到腳踝，從手腕到肩膀，ExoMuscle是對抗身體損傷的有效康復工具。
ExoMuscle的獨特腦機介面連接大腦和肌肉 促進康復
ExoMuscle直接與大腦聯繫，接收及解讀大腦傳送給肌肉的訊號。它能協助患者移動身體的不同部位，訓練大腦傳送指令，並訓練肌肉對指令作出反應。
湯教授表示：「腦機介面有三個主要部分，包括腦電圖或肌電圖（EEG/EMG）放大器，用於收集患者大腦和肌肉的訊號；ExoMuscle，提供精確及安全的肌肉運動輔助；微處理器，用於整合大腦訊號輸入，並生成對ExoMuscle的指令。」
湯教授補充：「系統透過分析患者在想像肌肉運動時的大腦信號，解讀他們控制肌肉的意念。電腦會要求患者重覆想像執行手、手肘及肩膀運動，以學習他們的肌肉運動意念，然後使用機器學習演算法，透過EEG/EMG將不同的腦部狀態進行分類及訓練。」
湯教授續指：「此演算法可實時分析訊號，以推斷患者的意念。例如，當電腦偵測到患者想彎曲手肘，它會向ExoMuscle傳送彎曲手肘的控制指令。其他動作亦是如此執行。」
「大腦訊號與身體動作無縫結合，為因身體損傷而影響日常生活的人士提供高效而安全的解決方法。透過結合機械及大腦接口組件，我們開發了這個高效及嶄新的輔助裝置，以改善患者的生活質素。」
為方便技術應用，團隊亦開發了一套系統，以自動捲線機配合3D打印技術，根據患者的需要定制不同尺寸的肌肉，整個過程只需五分鐘。
ExoMuscle有潛力成為可全身穿戴的外骨骼
團隊邀請60名患者進行臨床試驗，成果顯著。團隊的目標是在2024年將技術商業化。湯教授表示，ExoMuscle在未來的應用或可超越物理治療，甚至成為可全身穿戴的外骨骼。
湯教授說:「ExoMuscle具有獨特的仿生結構及卓越的性能，令它適用於所有需要力量輔助的個案，例如協助肌肉萎縮的患者、搬運重物的工人、需要進行訓練的運動員，甚至可用作壓力療法。」
「ExoMuscle 可在體外穩定及高效地模擬骨骼肌的結構，精確地取代受損身體部位的功能，亦可增強健康人士的力量。ExoMuscle具有巨大潛力革新義肢及輔助器具，為殘疾人士克服身體上的障礙。」
