刊登日期 : 2022-10-10
說到外骨骼機械人，你也許覺得很陌生；但如果提起《鐵甲奇俠》（Iron Man）的裝甲服，看過漫畫或電影的你應該很熟悉。
外骨骼設備在現實生活中主要應用在軍事和醫療領域，特別是在科技助殘方面大顯身手。雖然外骨骼機械人沒有電影中展示的那樣神奇，但也在一定程度上幫助癱瘓者重新行走，或者讓殘障人士的假肢能「隨心而動」。
外骨骼機械人｜用「意念」控制機械臂？
2022年北京冬殘奧會火炬傳遞期間，火炬手彭園園佩戴了中科院瀋陽自動化研究所為她量身定制的「上肢助力外骨骼機器人」。
傳遞過程中，彭園園靈活運用機械手臂揮舞致意，還可以與左手臂流暢自如交替抓握火炬。在接過上一棒奧運之火後，她透過「意念」控制機械臂，順利將聖火傳遞給下一棒火炬手。
彭園園「隨心而動」控制假肢的秘密就在於，科研人員在助力外骨胳機械人的研製中，突破了人機神經接口技術，創新研製了貼合皮膚的多模態信息採集系統，準確解析穿戴者意念，實現殘肢與外骨胳機械人間的自然操控。
據中科院自動化研究所研究員王衛群介紹，機械臂能夠採集殘肢肌電訊號，進而通過電訊號強弱與假肢關節運動量的對應關係來控制假肢連續運動。
但對於殘障人士來說，「意念」控制假肢並不僅僅是安裝即用，還要進行較長時間的訓練。例如，彭園園使用上肢助力外骨骼設備就經歷了長達9個月適配訓練。而訓練的過程，就是建立肌電訊號與假肢關節運動的對應關係。
外骨骼機械人｜行走快慢可任意切換
楊淑亭是另一位在北京冬殘奧會火炬傳遞中使用外骨骼機械人的火炬手。因車禍導致高位截癱，楊淑亭已11年無法直立行走，但藉助外骨骼機械人，她如今能夠站起來完成火炬接力。
據介紹，楊淑亭使用的外骨骼機械人由北航生物醫學工程高精尖中心外骨骼實驗室主任、北航生物與醫學工程學院研究員帥梅率團隊研發，名為「大艾機器人」。這款機械人依托多關節協調控制中心，突破智能生物感知與仿生步行、人機融合多模式混合控制等關鍵環節，輔助穿戴者步行。
此外，基於傳感網絡和人工智能控制算法，外骨骼機械人能自動感知穿戴者的主觀行動意願，輔助其「隨心而動」，實現快走、慢走任意切換，甚至還能上下樓梯、上下坡。
值得一提的是，這一款外骨骼機器人主要用於行走能力有一定障礙但並未完全喪失行走能力的殘疾人，可以增強穿戴者肌肉的剩余力量，幫助身體恢復機能。針對完全失去行走能力的殘疾人，上述團隊還開發出了被動式的智能外骨骼機器人。
外骨骼機械人｜提高工業生產效率 減少工人勞損
外骨骼設備不僅能幫助殘障人士恢復功能，還能幫助老年群體實現生活自理，輔助他們完成日常家務、外出步行，實現簡單的運動訓練。
而在工業生產中，外骨骼還能夠幫助工人提高效率、減少勞損。目前外骨骼機器人在工業領域中使用較多的是工業製造生產、建築搬運、物流分揀和石油勘探等多個領域，近幾年也被廣泛運用至汽車製造業。
專家指出，製造業和農業等勞動密集型產業一直依賴體力消耗和勞動力，而外骨骼備或將從根本上改變行業的運作方式。
延伸閱讀：世界機械人大會 仿生機械人「鄧麗君」獻唱 滑雪機械人炫技
至於在軍事應用上，央視曾報道，中國陸軍某重型合成旅裝備有背負式「外骨骼」系統，由電機輔助戰士完成搬起彈藥箱的動作，把彈藥箱重量均勻分配在全身。戰士的腰部和上肢幾乎不用出力，搭配負重遙控車，在野外作戰時就能節省很多運力。
延伸閱讀：北京冬奧開創先河 機械人水底傳遞火炬
