刊登日期 : 2022-10-10
说到外骨骼机械人，你也许觉得很陌生；但如果提起《铁甲奇侠》（Iron Man）的装甲服，看过漫画或电影的你应该很熟悉。
外骨骼设备在现实生活中主要应用在军事和医疗领域，特别是在科技助残方面大显身手。虽然外骨骼机械人没有电影中展示的那样神奇，但也在一定程度上帮助瘫痪者重新行走，或者让残障人士的假肢能“随心而动”。
外骨骼机械人｜用“意念”控制机械臂？
2022年北京冬残奥会火炬传递期间，火炬手彭园园佩戴了中科院沈阳自动化研究所为她量身定制的“上肢助力外骨骼机器人”。
传递过程中，彭园园灵活运用机械手臂挥舞致意，还可以与左手臂流畅自如交替抓握火炬。在接过上一棒奥运之火后，她透过“意念”控制机械臂，顺利将圣火传递给下一棒火炬手。
彭园园“随心而动”控制假肢的秘密就在于，科研人员在助力外骨胳机械人的研制中，突破了人机神经接口技术，创新研制了贴合皮肤的多模态信息采集系统，准确解析穿戴者意念，实现残肢与外骨胳机械人间的自然操控。
据中科院自动化研究所研究员王卫群介绍，机械臂能够采集残肢肌电讯号，进而通过电讯号强弱与假肢关节运动量的对应关系来控制假肢连续运动。
但对于残障人士来说，“意念”控制假肢并不仅仅是安装即用，还要进行较长时间的训练。例如，彭园园使用上肢助力外骨骼设备就经历了长达9个月适配训练。而训练的过程，就是建立肌电讯号与假肢关节运动的对应关系。
外骨骼机械人｜行走快慢可任意切换
杨淑亭是另一位在北京冬残奥会火炬传递中使用外骨骼机械人的火炬手。因车祸导致高位截瘫，杨淑亭已11年无法直立行走，但借助外骨骼机械人，她如今能够站起来完成火炬接力。
据介绍，杨淑亭使用的外骨骼机械人由北航生物医学工程高精尖中心外骨骼实验室主任、北航生物与医学工程学院研究员帅梅率团队研发，名为“大艾机器人”。这款机械人依托多关节协调控制中心，突破智能生物感知与仿生步行、人机融合多模式混合控制等关键环节，辅助穿戴者步行。
此外，基于传感网络和人工智能控制算法，外骨骼机械人能自动感知穿戴者的主观行动意愿，辅助其“随心而动”，实现快走、慢走任意切换，甚至还能上下楼梯、上下坡。
值得一提的是，这一款外骨骼机器人主要用于行走能力有一定障碍但并未完全丧失行走能力的残疾人，可以增强穿戴者肌肉的剩余力量，帮助身体恢复机能。针对完全失去行走能力的残疾人，上述团队还开发出了被动式的智能外骨骼机器人。
外骨骼机械人｜提高工业生产效率 减少工人劳损
外骨骼设备不仅能帮助残障人士恢复功能，还能帮助老年群体实现生活自理，辅助他们完成日常家务、外出步行，实现简单的运动训练。
而在工业生产中，外骨骼还能够帮助工人提高效率、减少劳损。目前外骨骼机器人在工业领域中使用较多的是工业制造生产、建筑搬运、物流分拣和石油勘探等多个领域，近几年也被广泛运用至汽车制造业。
专家指出，制造业和农业等劳动密集型产业一直依赖体力消耗和劳动力，而外骨骼备或将从根本上改变行业的运作方式。
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至于在军事应用上，央视曾报道，中国陆军某重型合成旅装备有背负式“外骨骼”系统，由电机辅助战士完成搬起弹药箱的动作，把弹药箱重量均匀分配在全身。战士的腰部和上肢几乎不用出力，搭配负重遥控车，在野外作战时就能节省很多运力。
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