2018/09/19

外骨骼技术也许是穿戴设备的进化方向 

exoskeleton

机械外骨骼或称动力外骨骼(Powered exoskeleton),是一种由钢铁的框架构成并且可让人穿上的机器装置,这个装备可以提供额外能量来供四肢运动。别称:强化服、动力服(Power Suit)、动力装甲(Power armor或Powered armor)、Exoframe、Hardsuit或Exosuit等。凭借这套“服装”,人类就可以成为所谓的“铁人”。

动力外骨骼更倾向于军用,除了能够增强人体能力的这一基本功能外,还要具有良好的防护性、对复杂环境的适应性以及辅助火力、通信、侦查支持等军用功能。

动力服是设计成用来保护穿戴者的,例如为了保护士兵或建筑工而设计,或设计用来进行救援身处险境的人员上。广泛一些的用途则是用来做为义肢与帮助老弱者行动。其它的用途则是用来进行救援行动,就像在一栋要倒塌的建筑物里,这个装置可以提供给工人很大的力量来举起重物,同时保护它不被落下的碎石砸伤。在日本,有银行为需常搬运沉重钞票及硬币的员工配备外骨骼,以降低身体负担。

科幻作品中也有众多作品将动力服拿来发挥,例如《星舰战将》中机动步兵的动力服;《钢铁侠》中的动力服;《浩劫杀阵》系列、《异尘余生》系列、《战锤40000》《warframe》或《星海争霸》中的太空陆战队身穿的动力装甲等等。

外骨骼结构是一个相对小众的机器人市场或者说是可穿戴设备市场。

但是随着越来越多的公司加入进来,最初的医疗和军事方面的应用已经拓展到日常应用场景,比如增加员工的生产效率,甚至是帮助老年员工延长工作时间。

松下为了让普通工人能够轻松地负重15公斤的重物到处移动,做了一个轻便版的外骨骼支架。在背部、大腿、小腿到脚部的区域里用碳纤维材料支撑,配合着可以由传感器唤醒的动力马达,可以轻松地帮人负重15公斤工作。

“我们希望未来15年之内,这种外骨骼结构,或者说机械外套,就可以广泛地应用在人们的生活之中。”松下新闻发言人MioYamanaka在接受MITTechnologyReview采访的时候说,他们预计在快递、建造业和伐木这些劳动强度较大的行业,这项技术会有应用空间。

坦白地讲,松下并不是这些技术中做得最先进的。从外观上来看,它们设计的外骨骼结构可能会造成行动困难,并不一定是成熟的产品。但是他们尽快把这项技术拿出来销售,可以检验这项技术在市场中的应用空间。

传统的汽车公司,在依赖使用机械手臂减少人工操作的同时,也在为工人研发外骨骼支撑设备。德国的宝马汽车公司就已经和慕尼黑大学合作,给员工分发一种3D打印定制的手套,能够帮助大拇指完成重复性的生产动作。

奥迪汽车公司和著名的可穿戴设备制造商Noonee在测试一种能在下蹲过程中辅助腰部动作的机械护具,减少需要经常做蹲起动作的员工腰部受伤的可能。它被更形象地称为“随时随地可以坐下的椅子”。

这类外骨骼结构,很早就开始在医学和军事领域应用。早在1997年的时候,日本的Cyberdyne公司就已经将一种腿部支撑结构应用于日本一些医院中,帮助那些受伤的病人进行恢复。这种叫做HAL(HybridAssistiveLimb,综合下肢助力)的外骨骼结构,在2011年福岛海啸之后,也被用于重建和救援工作中。因为整套防辐射服重量达到60公斤,普通人无法穿戴这样的设备连续长时间工作,所以外骨骼支撑结构成了必要的辅助。

前一段时间最受关注的应该是美国国防部(Darpa)投资290万美元和哈佛大学实验室尝试开发的“软性外骨骼结构”,或者你也可以理解为一条可以贴身穿着的运动紧身裤。

和其它外骨骼结构使用金属和强大机械马达不同,Wyss学院这条运动裤只起到基本的支撑作用,目的是让中风患者或者其他肌肉力量低于正常人的人,可以更自然地行走和运动。支撑作用通过特殊的液体材料实现的,它能根据弯折程度改变弹力。

实际上,外骨骼结构最受争议的应用场景并不是在医疗领域。松下恰好踏进了这个雷区,在这个区域里人类和机器人因为外骨骼结构的存在,边界已经变得越来越模糊。

造船业发达的韩国,造船公司Daewoo正在使用松下设计的上肢支撑外骨骼Kubota。它能够让造船工人提举30-100公斤的重物。韩国造船业向来以机械化程度高而闻名,这个机械臂又再让仅存的人工操作变得更像机器生产。

从一种角度来看,这些机器结构让人类能够适应更紧张的工作环境,而从另一个角度来说,也是人类扮演了机器的中枢控制系统的角色。

穿戴技术最终要做外骨骼机器人,这也是钢铁侠逐步实现的一个过程。

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