外骨骼：人體安全的“保護神”

編譯李忠東

外骨骼：人體安全的“保護神”

編譯李忠東

據調查，在全球各地工廠、裝配線和配送中心工作的員工中，有數百萬因承受著與肌肉相關病痛而苦不堪言的從業者。由于需要不停地彎腰或蹲伏，有的落下了嚴重的腰、背和膝關節疾患。外骨骼指的是一種能夠對生物柔軟內部器官提供構型、建筑和保護的堅硬外部結構。這種可穿戴機器最早出現在科幻小說和電影中，近年來顯身于一些實驗和真實情境中。

“無形座椅”安全舒適

如果有一天你在公交車上或地鐵里看到有人采用半蹲的姿勢，不要以為對方在見縫插針地“練功”，實際上其處于坐著休息的狀態。他們使用的是瑞士蘇黎世初創企業Noonee 公司一款名叫“無形座椅”（ Chairless Chair）的新產品，讓人不用帶著椅子就能夠隨時隨地坐下來。這款“不是椅子的椅子”其實可以算作一款外骨骼裝備，穿戴在身上之后很服帖，如同身體額外長出的骨頭一樣，一經公布就備受關注。

使用“無形座椅”不需要接觸地面，佩戴者用腰帶將其固定在臀部、大腿及腳后側，平時不影響走路。累了的時候只需彎曲膝蓋，降低到想坐的位置，然后按下激活按鈕，上下支架會鎖定到一個支撐的位置，就可以坐在屁股上的坐墊上休息。特別值得一提的是，使用者想怎么坐就怎么坐，能根據自己的習慣和需求調整坐姿。休息好了想站起來，也是按一下按鈕。6伏電池一次性充電，可提供8小時不間斷的工作效能。

“無形座椅”以蘇黎世聯邦理工大學生物模仿機器人研究所發明的研究成果為基礎，與機器人技術相結合研究而成。整體框架使用鋁和碳纖維材料，重量大約2公斤。利用一個便攜的可調阻尼器來承受使用者的重量，以減輕腿部肌肉和關節的負荷。身體重量被導向鞋后跟，而無形座椅與鞋跟相連，穿著它到處走動不會感到很重。由于運用了人體工程學的設計原理，將椅子的重量均勻地分布到腿上，因此對走路沒有什么影響，該怎么走就怎么走，甚至穿著它跳舞也沒有問題。

△ 工作起來更加舒適

在談到“無形座椅”的設計創意時，Noonee 公司首席執行官基斯·古魯拉表示和自己早年的經歷有關。他12年前讀書時曾在英國一家工廠的包轉流水線做暑期工，每天都要站著工作十幾個小時，很少有時間可以坐著休息，感覺很累。

“大部分工人幾乎沒有休息時間，工廠很少為他們提供太占地方的座椅。人體下肢會因為連續站立數小時而嚴重不適，于是想到了隨身綁上一把不顯眼的椅子。”古魯拉在接受采訪時表示，“如果擁有這樣的椅子，盡管在擁擠不堪的火車車廂里，旅途仍然會變得更加舒適。對于零售商店的柜臺服務員、采摘水果的農民和手術室里的外科醫生等其它職業的工作者，給他們配一張椅子不切合實際，而‘無形座椅’是最合適不過的了。”

經過十幾年的努力，Noonee 公司的研究人員終于開發出可以解決這個問題的“無形座椅”。產品采用了一種可穿戴的機電一體化系統，就像一副可活動的骨架，讓人們可以在任何地方想坐就坐。“無形座椅”的目的在于疲勞時可提供重量支撐，而不是連續地承擔重量。有了這款產品，工人既能保證生產效率，同時也不會那么容易感到疲憊了，畢竟累了就能坐著休息休息。

△ 幫助殘疾人站立行走

△ back X 能分擔66% 的工作量

“無形座椅”目前還沒有投放市場，Noonee公司將首先在寶馬和奧迪等汽車公司的生產線員工中測試該產品。在未來的更新換代產品中，古魯拉計劃將“無形座椅”變得更加智能化，無需使用者按按鈕，產品就可以自動感知使用者的意圖。

MAX模塊保護身體

美國加州伯克利市初創公司SuitX公司和加州大學伯克利分校的機器人及人體工程學研究室一起，設計和制造了外骨骼機器人“鳳凰”（SuitX Phoenix），能夠支撐起殘疾人身體并且幫助站立行走。在一次越野騎行中，桑切斯意外失去了雙腿。他被送到SiutX公司一個半小時后，“鳳凰”機械骨骼套件讓他重拾自信，獲得了與正常人一樣自由行走的能力。

這套外骨骼采用了多部件組合設計，每一個部分可以自由調整，無論用戶高矮胖瘦，都能提供最為合適的規格。“鳳凰”內置電機，可幫助用戶矯正運動姿勢，步行速度達到每小時1.8公里。它內置充電電池，每次充滿電后的續航時間為 8 小時。在對應的 APP上，還可以監測使用者的健康數據。

“鳳凰”可以稱之為目前最先進的外骨骼機器人，整套重量僅為12.25公斤，可以按照個人不同的需求進行私人定制。它于 6年前開發出來，去年3 月上市，售價 40000 美元（大約合27.56萬人民幣）。盡管還有待改善，但這樣的設計給殘疾人帶來了溫暖與希望。

提到外骨骼，我們常常會想到它幫助殘疾人重獲新生，但實際上，外骨骼的用途非常廣泛。對于建筑工人或者其他從事重體力勞動的人，過度勞累會嚴重損害身體，而外骨骼能夠大大減輕工作強度。SuitX公司新上市的 MAX 就是專為體力勞動者設計的外骨骼。它包括支撐背部（backX）、支撐腿部 （l e g X）和支撐肩部（shoulderX），可以分擔重量，減少肌肉損傷，并增強舒適感。用戶幾分鐘就可以學會如何使用這些模塊，根據工作需要隨意組合，一分鐘內就能裝備完畢。

外骨骼的存在不是為了彰顯自身，而是幫助工人強化自己的身體，MAX 的三個模塊提供了一個輕量化的簡單方案，解決工人過度勞累的問題。其中legX擁有計算能力，能夠感知工人彎腿的角度，并提供相應的支撐。backX 和 shoulderX完全機械化，主要是分擔工人承受的重量。在外骨骼的幫助下，工人還能夠舉起更重的物品。目前，MAX 的價格并不便宜，backX和 shoulderX 的售價都是 3000 美元，而 legX 的售價是 5000 美元。

“我與美國和日本的工人進行了大量交流，聆聽他們的建議，不斷修改外骨骼的設計，與此同時還在加州伯克利分校的實驗室里進行了測試。通過研究發現，backX 能夠分擔工人 66% 的工作量。” 加州伯克利分校機械工程教授兼SuitX 創始人和首席執行官霍麥揚·卡扎魯尼靈表示，“對于那些想要保護工人，或者避免醫療賠償的公司來說，MAX 無疑是一個好東西。現在有一些工廠以及碼頭、建筑工地、倉庫等工作場所定購了 MAX，飛機制造商波音公司也是客戶之一。”□

責任編輯 / 周洋 / 1026414103@qq.com