穿上機(jī)械外骨骼 普通人變身“大力金剛”

圖/東方IC

美國科幻電影《明日邊緣》中，硬漢湯姆·克魯斯身著充滿科技感的外骨骼裝備，成為擁有“超能力”的勇士，讓大家眼前一亮，其實，外骨骼機(jī)器人已不只存在于電影中了。

近日，上海街頭這樣一幅景象引起不少人好奇圍觀：一名外賣小哥背著摞起來有一人高的外賣箱，行走、爬樓身輕如燕，仔細(xì)觀察，他的身上裝著一副類似鐵甲的機(jī)械外骨骼。

這一事件引發(fā)了網(wǎng)友熱議：這不是科幻電影中的場景嗎，這么快就走進(jìn)現(xiàn)實了？更讓人疑惑的是，機(jī)械外骨骼設(shè)備是如何打造的，為什么能讓人在負(fù)重情況下依舊行動靈活？

背負(fù)50千克能輕松行走

前不久，有網(wǎng)友在微博上曬出一張圖片，圖中一名外賣小哥身穿外骨骼機(jī)甲，背著3 個外賣箱在行走，并配文：“傳遞希望……”這條微博引發(fā)網(wǎng)友們熱議，尤其是游戲玩家們很是興奮，稱很像《死亡擱淺》的快遞裝備。

據(jù)報道，這套外骨骼機(jī)甲裝備是某外賣平臺的測試設(shè)備，主要使用場景是高峰期外賣騎手爬樓梯或是在不能騎行電瓶車的區(qū)域送餐。

該外骨骼機(jī)甲裝備的制造商在微博上解釋稱，外賣小哥在工作時，背負(fù)的重量可經(jīng)由機(jī)械裝置傳導(dǎo)到地面，不論背負(fù)的物體有多重，人體主要承擔(dān)操作力，肩膀承擔(dān)的力約為5 至10 千克，力量一經(jīng)分散，外賣騎手背著50 千克的東西就像背著一臺筆記本電腦，可以很輕松地行走。

雖然目前還是創(chuàng)新嘗試，但這給人們對未來外賣配送方式帶來無限遐想。某外賣平臺相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，外骨骼機(jī)甲投入市場還沒有時間表，但此前引發(fā)討論的無人車、機(jī)器人、無人機(jī)送餐已在部分場景實現(xiàn)商用，接下來將持續(xù)在外賣領(lǐng)域開拓餐飲品類、物流模式的創(chuàng)新研發(fā)。“這個外骨骼的成本投入較大，所以距離正式給外賣小哥使用，還有很大的測試空間。雖然暫時不會全面投入，但我們會持續(xù)探索。”

資料顯示，該外賣平臺此前測試的送餐機(jī)器人在疫情期間為酒店的隔離人員送餐，避免了人與人的直接接觸。

助力外賣小哥只是牛刀小試

這么“高大上”的裝備只用來送外賣是不是大材小用？機(jī)械外骨骼還能給我們帶來什么驚喜？

浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授楊燦軍介紹，從用途來看，機(jī)械外骨骼系統(tǒng)大致可以分為兩類：一類是控制型，一類是增力型。

控制型機(jī)械外骨骼是將人的靈活統(tǒng)治能力傳遞給機(jī)器裝置，主要應(yīng)用于人類自由活動難度較大的領(lǐng)域，例如對空間機(jī)器裝置的人機(jī)耦合控制、深海作業(yè)、山體滑坡搜救或是排雷等。目前大多采用的是無線控制型機(jī)械外骨骼，包括一套外骨骼動作捕捉衣和一臺機(jī)械裝置。使用者穿戴動作捕捉衣，動作捕捉衣可實時采集人體上各關(guān)節(jié)的運(yùn)動數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為信息指令傳送到機(jī)械裝置上，機(jī)械裝置可根據(jù)信息指令對人體的肢體運(yùn)動進(jìn)行實時模仿跟隨，機(jī)械裝置更接近于人直接作業(yè)形態(tài)。

而增力型機(jī)械外骨骼常見為可穿戴型裝備，主要應(yīng)用在肌力增強(qiáng)、運(yùn)動康復(fù)和國防軍工等領(lǐng)域，比如輔助殘疾人或老年人行走的機(jī)械外骨骼，以及美軍的單兵機(jī)械裝備。2004 年，日本筑波大學(xué)教授山海嘉之成立了Cyberdyne 公司，第二年就推出了一款混合輔助假肢（HAL），該裝置重達(dá)23 千克，其充電電池的續(xù)航時間接近2 小時40 分鐘，可通過探測到皮膚表面電信號，指令動力裝置控制肌肉和骨骼的移動。在HAL 的幫助下，使用者不僅可以進(jìn)行正常的日常生活，還可以完成攀爬、抓握、舉重物等高難度動作。

那么，機(jī)械外骨骼需要根據(jù)使用者量身打造嗎？

控制型機(jī)械外骨骼由于機(jī)械裝備并未與人體直接貼合，所以個體差異并不會影響它的使用。而增力型機(jī)械外骨骼則要視情況而定。

專家解釋說，用于康復(fù)治療的機(jī)械外骨骼是針對肌體功能缺失需要進(jìn)行外部輔助恢復(fù)的行動障礙人群，不同的肌體恢復(fù)需要有針對性設(shè)計。在使用機(jī)械外骨骼進(jìn)行訓(xùn)練時，醫(yī)生需要針對不同病患設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，然后才能利用機(jī)械外骨骼幫助患者進(jìn)行一步一步的重復(fù)性訓(xùn)練，無法做到通用。而單純的增力型機(jī)械外骨骼則是把機(jī)器裝置綁在人身上，實現(xiàn)功能最大化，它針對的是行動功能正常的人，隨著技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)能夠做到通用化、批量使用。

大規(guī)模應(yīng)用需要再過幾道關(guān)

想要實現(xiàn)機(jī)械外骨骼的大規(guī)模應(yīng)用，還要克服研發(fā)過程中出現(xiàn)的困難。

寶雞易能特電子科技有限公司總經(jīng)理劉啟帆介紹，難點之一是能源供給系統(tǒng)。機(jī)械外骨骼裝備要求持久、高效、安全的能源供給，尤其是室外應(yīng)用的機(jī)械外骨骼，通常難以獲得外部能源供應(yīng)。因此，能否實現(xiàn)可靠、超強(qiáng)續(xù)航能力的動力能源供應(yīng)，是機(jī)械外骨骼能否實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的核心問題之一。此前，美國伯克利大學(xué)研究的動力源以背包形式背在使用者身上，但是體積很大，質(zhì)量也不輕，長時間負(fù)重不可避免地會加劇使用者的負(fù)擔(dān)。

以蓄電池作為動力源的機(jī)械外骨骼工藝難度低、噪聲小，但續(xù)航時間短、輸出功率低；而采用液壓驅(qū)動的動力源，雖然可提供較大的功率和相對較長的續(xù)航時間，但噪聲、振動、發(fā)熱量都很大，并不能作為長期使用的理想動力源。

此外，傳感器的靈敏程度也有待加強(qiáng)。楊燦軍表示，要實現(xiàn)整個外骨骼系統(tǒng)的柔順控制，需要快速的信息傳感技術(shù)來獲取所需的控制信息，并對多信息進(jìn)行高效快速融合，發(fā)出控制指令。

目前，可穿戴機(jī)械外骨骼主要通過采集肌電信號的方法來獲取使用者的運(yùn)動意圖，肌電信號采集的方法有很嚴(yán)格的外界環(huán)境限制，一旦信號采集的地方發(fā)生微小的變化（如流汗等）就會干擾信號的采集。

再者，可穿戴機(jī)械外骨骼主要通過捆綁的方式與使用者連接在一起，而這種方式具有很大的缺陷，如人體捆綁部位會因綁帶的束縛產(chǎn)生血流不暢等問題；捆綁處因肌肉的收縮、伸展產(chǎn)生的形變，很大程度上會影響機(jī)械外骨骼的定位精度。