外骨骼機(jī)器人，“鋼鐵俠”來了

紀(jì)中展

外骨骼機(jī)器人。

2022年北京冬殘奧會上，高位截癱運(yùn)動(dòng)員鄒海鵬和同樣高位截癱的創(chuàng)業(yè)能手楊淑婷，穿戴著國產(chǎn)AI外骨骼機(jī)器人設(shè)備，用直立行走的方式，完成火炬?zhèn)鬟f。網(wǎng)友熱情歡呼：“這不就是現(xiàn)實(shí)中的‘鋼鐵俠’嘛！”

在本屆冬殘奧會上，共有兩款國產(chǎn)外骨骼機(jī)器人被選為相關(guān)選手的助行設(shè)備，均由北航生物醫(yī)學(xué)工程高精尖中心外骨骼實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)，能夠感知人行走快慢等主觀意愿，實(shí)現(xiàn)一些相對復(fù)雜的動(dòng)作。AI外骨骼機(jī)器人還可以增強(qiáng)肌肉的剩余力量，激活傷殘者的潛力。

外骨骼的定義最早來自動(dòng)物，即外部的骨骼。這是一種能夠提供對生物柔軟內(nèi)部器官起到構(gòu)型、支撐和保護(hù)作用的，并能介導(dǎo)運(yùn)動(dòng)的堅(jiān)硬的外部結(jié)構(gòu)。與之相反，人類是具有內(nèi)骨骼的生物。

外骨骼機(jī)器人主要指能夠保護(hù)自身、增強(qiáng)人類能力的可穿戴機(jī)電設(shè)備，包含增強(qiáng)或幫助康復(fù)殘疾人的可穿戴設(shè)備，通過精巧的力學(xué)設(shè)計(jì)和靈敏的傳感操控等，實(shí)現(xiàn)穿戴者行動(dòng)能力的大幅提升。

目前，外骨骼機(jī)器人逐步成為人工智能、電子、機(jī)械、仿生學(xué)的跨界融合產(chǎn)物，是立足現(xiàn)在、面向未來的前沿技術(shù)和應(yīng)用。

事實(shí)上，外骨骼機(jī)器人從研發(fā)到應(yīng)用已經(jīng)有100多年的歷史，最早可以追溯到19世紀(jì)末期。

當(dāng)時(shí)，一位俄羅斯人發(fā)明了一種用壓縮空氣包為動(dòng)力的類外骨骼系統(tǒng)。從現(xiàn)代意義上來講，真正的外骨骼機(jī)器人是美國軍方在1960年起開始研發(fā)的增強(qiáng)型軍用裝甲，主要以液壓驅(qū)動(dòng)為主。但受當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展的限制，外骨骼機(jī)器人的研究并沒有得到實(shí)際的發(fā)展和應(yīng)用。

上世紀(jì)90年代，隨著機(jī)器人和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是傳感技術(shù)、材料技術(shù)和控制技術(shù)等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，外骨骼機(jī)器人的研發(fā)又進(jìn)入到新的階段。美國、日本、中國等多個(gè)國家都陸續(xù)開展了外骨骼機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)的研究。

醫(yī)用外骨骼康復(fù)機(jī)器人屬于醫(yī)學(xué)和工學(xué)的結(jié)合領(lǐng)域，包含了康復(fù)醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科，并且由傳感系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、能源供給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等多系統(tǒng)組合而成。作為醫(yī)療機(jī)器人中的重要分支，醫(yī)用外骨骼康復(fù)機(jī)器人逐漸成為康復(fù)機(jī)器人研究的主要方向。

從產(chǎn)品形態(tài)上看，外骨骼機(jī)器人可分為3類：上肢外骨骼機(jī)器人、下肢外骨骼機(jī)器人和腰部外骨骼機(jī)器人，分別對應(yīng)不同場景，對不同器官提供力量支持。

此外，通過不同的控制方法，穿戴外骨骼機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同行走。該設(shè)備可自動(dòng)調(diào)整適應(yīng)，提供機(jī)器人的輔助，幫助穿戴者完成無拐杖輔助下平地行走、跨越障礙、轉(zhuǎn)彎以及上下樓梯等動(dòng)作。

如今，這些過去在科幻電影里才能見到的裝備，逐漸在日常生活中頻繁出現(xiàn)，紅色或銀色的機(jī)械裝置異常醒目。外骨骼機(jī)器人不但能夠幫助和激勵(lì)更多殘疾人勇敢面對生活，也實(shí)現(xiàn)了人類關(guān)于“人機(jī)合一”的理想和“還原人做為神的能力”的愿望——用AI、電子、機(jī)械等要素，合成一個(gè)能夠超越人類的“超人”裝置。

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