穿上機械外骨骼普通人變身“大力金剛”

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，仔細觀察，他的身上裝著一副類似鐵甲的機械外骨骼。

這一事件引發了網友熱議：這不是科幻電影中的場景嗎，這么快就走進現實了？更讓人疑惑的是，機械外骨骼設備是如何打造的，為什么能讓人在負重情況下依舊行動靈活？

背負50千克能輕松行走

前不久，有網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甲，背著3個外賣箱在行走，并配文：“傳遞希望……”這條微博引發網友們熱議，尤其是游戲玩家們很是興奮，稱很像《死亡擱淺》的快遞裝備。

據報道，這套外骨骼機甲裝備是某外賣平臺的測試設備，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域送餐。

該外骨骼機甲裝備的制造商在微博上解釋稱，外賣小哥在工作時，背負的重量可經由機械裝置傳導到地面，不論背負的物體有多重，人體主要承擔操作力，肩膀承擔的力約為5至10千克，力量一經分散，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。某外賣平臺相關負責人表示，外骨骼機甲投入市場還沒有時間表，但此前引發討論的無人車、機器人、無人機送餐已在部分場景實現商用，接下來將持續在外賣領域開拓餐飲品類、物流模式的創新研發。“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，但我們會持續探索?！?/p>

資料顯示，該外賣平臺此前測試的送餐機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？機械外骨骼還能給我們帶來什么驚喜？

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

控制型機械外骨骼是將人的靈活統治能力傳遞給機器裝置，主要應用于人類自由活動難度較大的領域，例如對空間機器裝置的人機耦合控制、深海作業、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械外骨骼，包括一套外骨骼動作捕捉衣和一臺機械裝置。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節的運動數據并轉化為信息指令傳送到機械裝置上，機械裝置可根據信息指令對人體的肢體運動進行實時模仿跟隨，機械裝置更接近于人直接作業形態。

而增力型機械外骨骼常見為可穿戴型裝備，主要應用在肌力增強、運動康復和國防軍工等領域，比如輔助殘疾人或老年人行走的機械外骨骼，以及美軍的單兵機械裝備。2004年，日本筑波大學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23千克，其充電電池的續航時間接近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，機械外骨骼需要根據使用者量身打造嗎？

控制型機械外骨骼由于機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。而增力型機械外骨骼則要視情況而定。

專家解釋說，用于康復治療的機械外骨骼是針對肌體功能缺失需要進行外部輔助恢復的行動障礙人群，不同的肌體恢復需要有針對性設計。在使用機械外骨骼進行訓練時，醫生需要針對不同病患設置相應的參數，然后才能利用機械外骨骼幫助患者進行一步一步的重復性訓練，無法做到通用。而單純的增力型機械外骨骼則是把機器裝置綁在人身上，實現功能最大化，它針對的是行動功能正常的人，隨著技術進步，已經能夠做到通用化、批量使用。

大規模應用需要再過幾道關

想要實現機械外骨骼的大規模應用，還要克服研發過程中出現的困難。

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

以蓄電池作為動力源的機械外骨骼工藝難度低、噪聲小，但續航時間短、輸出功率低;而采用液壓驅動的動力源，雖然可提供較大的功率和相對較長的續航時間，但噪聲、振動、發熱量都很大，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。楊燦軍表示，要實現整個外骨骼系統的柔順控制，需要快速的信息傳感技術來獲取所需的控制信息，并對多信息進行高效快速融合，發出控制指令。

目前，可穿戴機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動意圖，肌電信號采集的方法有很嚴格的外界環境限制，一旦信號采集的地方發生微小的變化（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生血流不暢等問題;捆綁處因肌肉的收縮、伸展產生的形變，很大程度上會影響機械外骨骼的定位精度。（據《科技日報》《現代快報》）