“登山神器”出圈,未來普通人也能變身“大力士” 外骨骼裝備正成為“人體的延伸器官”
“輕松多了!”初春時(shí)節(jié),在黃山、泰山等風(fēng)景區(qū),不少游客穿戴起“登山神器”,感受科技助力。這種曾經(jīng)在科幻電影中出現(xiàn)的“未來裝備”,正在讓更多人擁有“超能力”。
科技改變生活
讓登山“如履平地”
“最大的感受就是省力?!?月中旬,前往安徽齊云山旅游的南京游客俞凡和記者分享了他使用外骨骼裝備后的感受?!拔抑跋ドw受過傷,爬山或者上樓梯久了之后不適感明顯,有了外骨骼裝備后,上山就沒那么累了,能夠感覺到裝備往上的拉力?!?/p>
俞凡告訴記者,他所使用的這款外骨骼裝備的重量不到6斤,屬于書包背帶式。能夠有效地分散承重,背在身上沒太大的感覺。
當(dāng)使用者背上產(chǎn)品背帶后,背后有一個(gè)邊長大約為13厘米的小盒子,在胯骨兩側(cè)分別是兩個(gè)圓形的外置物,它們是核心驅(qū)動(dòng)電機(jī),與捆綁在大腿下部的綁帶連接。
該裝備生產(chǎn)商、邁步機(jī)器人長三角區(qū)域負(fù)責(zé)人左宗勝告訴記者,使用者背后的小盒子里就是外骨骼裝備的“大腦”,內(nèi)置高精度傳感器,能夠?qū)崟r(shí)捕捉使用者重心變化和運(yùn)動(dòng)趨勢,調(diào)整平地模式和上下樓梯模式,充滿電后可以運(yùn)行3小時(shí)左右。在為使用者助力的同時(shí),裝備還可以同步記錄步行頻率、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線等信息。“目前,產(chǎn)品已經(jīng)在多家景區(qū)和養(yǎng)老機(jī)構(gòu)推廣使用,銷售前景良好。”
在景區(qū)內(nèi),還有更多種類的外骨骼產(chǎn)品可供游客試用。位于蘇州的邁寶科技推出的外骨骼裝備看上去更小巧?!拔覀兊漠a(chǎn)品與外褲相結(jié)合,核心模塊是可以拆卸的,裝備重量不到4斤。”邁寶智能科技(蘇州)有限公司CTO林西川博士告訴記者,可穿戴智能關(guān)節(jié)由企業(yè)自主研發(fā),在需要助力的時(shí)候裝上就可以,穿戴更方便。
這些高科技“神器”不僅能幫助游客輕松登山,也能助力景區(qū)環(huán)衛(wèi)保潔、物資運(yùn)送等一線工作。
未來將更輕便更靈敏
“章魚博士”夢想成真
在電影《蜘蛛俠2》中,“章魚博士”可以靠意念來控制四只機(jī)械手,戰(zhàn)斗力超群;《流浪地球》中,未來戰(zhàn)士運(yùn)用外骨骼裝備運(yùn)送燃料……電影的大膽想象映射著人類對(duì)擁有“鋼鐵俠”般強(qiáng)大身體的渴望,也激勵(lì)著科研人員大膽創(chuàng)新,攻克難關(guān)。
隨著夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí),在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),用于人體增強(qiáng)類和康復(fù)類的兩種外骨骼“新生代”們正在進(jìn)行升級(jí)研發(fā)中,為了更好地?cái)M人和適應(yīng)人類“苦練技能”,提高“學(xué)習(xí)”和“適應(yīng)”能力。
走進(jìn)南京理工大學(xué)智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室,記者看到,不同款式的針對(duì)人體脊椎、腰椎、膝蓋的外骨骼裝備陳列在假人模特的身上?!皠e看它們現(xiàn)在有些笨拙,是因?yàn)樗鼈內(nèi)匀辉诠こ萄邪l(fā)階段。當(dāng)真正穿上它們之后,普通人也能變身‘大力士’,輕松背負(fù)重物和上下樓梯?!蹦暇├砉ご髮W(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授楊小龍告訴記者。
團(tuán)隊(duì)的研究生方奕梟為記者穿戴了其中一款可以同時(shí)助力上下階梯和搬運(yùn)重物的外骨骼裝備?!澳憧矗业幕顒?dòng)完全不受限制。”說話間,方奕梟開始全方位活動(dòng)四肢和關(guān)節(jié)。他給記者講述了“操練”外骨骼裝備的細(xì)節(jié):“在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,我們也會(huì)真人試穿,在實(shí)驗(yàn)室里的跑步機(jī)上運(yùn)動(dòng)和搬運(yùn)重物時(shí),會(huì)有高速攝像機(jī)記錄數(shù)據(jù)并分析,方便性能改進(jìn),讓它們更靈活、能夠提供更大的負(fù)重能力。”
“人機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性好,即穿戴以后不會(huì)對(duì)人體原本正常的運(yùn)動(dòng)造成阻礙是這款產(chǎn)品的優(yōu)勢?!睏钚↓埥榻B,為了讓使用者更輕松,他們在腰部并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置了彈簧,當(dāng)人在彎腰時(shí),儲(chǔ)存的彈性勢能在起身時(shí)就轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,能夠降低人體彎腰起身動(dòng)作造成的肌肉勞損。為了讓它更聰明地“讀懂”使用者的意圖,他們設(shè)計(jì)了多種針對(duì)搬運(yùn)動(dòng)作階段的識(shí)別算法?!皩?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,在搬運(yùn)重物條件下,穿戴外骨骼可以降低腰部肌肉負(fù)荷8%,搬運(yùn)重物引起的肌肉負(fù)荷減小程度可達(dá)60%。不久的將來,這款產(chǎn)品將進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證與用戶實(shí)測,推進(jìn)多場景應(yīng)用落地?!?/p>
“我們正在升級(jí)一款幫助腿腳不便的老年人日常出行的產(chǎn)品。通過模仿章魚分布式神經(jīng)控制的原理,模擬出生物神經(jīng)系統(tǒng)的自適應(yīng)能力,讓外骨骼裝備能適應(yīng)多種路面場景,具備地形預(yù)測與步態(tài)規(guī)劃能力。”在江南大學(xué),機(jī)械工程學(xué)院的宋智功教授團(tuán)隊(duì)正在將上肢外骨骼裝備與具身智能算法融合?!拔覀兊脑O(shè)備已經(jīng)接入DeepSeek。下一步,團(tuán)隊(duì)將和無錫市第九人民醫(yī)院共同研發(fā)用于康復(fù)的外骨骼設(shè)備。”
相比較助力腰椎和下肢,針對(duì)上肢和手部的外骨骼裝備更具挑戰(zhàn)性?!拔覀円灿型夤趋姥b備正在‘學(xué)習(xí)’人類的上肢動(dòng)作。要知道,即使是手指最簡單的抓握動(dòng)作,對(duì)于外骨骼來說都是精細(xì)動(dòng)作,難度更大?!彼沃枪φf。
在提高產(chǎn)品效能之外,更多的外骨骼裝備還需要讓自己“瘦身”,變得更輕便?!爱a(chǎn)品重量越輕,就意味著使用者在長期佩戴時(shí)會(huì)更加舒適,這也要求產(chǎn)品的集成化程度更高。”林西川透露,目前企業(yè)正在研發(fā)更加智能化的關(guān)節(jié),未來除了膝關(guān)節(jié)外,人的肩關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等同樣適用。
“鋼鐵俠”走進(jìn)現(xiàn)實(shí)
還需更加“努力學(xué)習(xí)”
雖然外骨骼裝備在旅游景區(qū)首先“出圈”,但人們更關(guān)注的還是這樣的產(chǎn)品何時(shí)從戶外走向家庭。國內(nèi)已經(jīng)有多家公司搶先布局這一賽道,比如,上海生物傅利葉、傲鯊智能等公司也已在外骨骼機(jī)器人領(lǐng)域深耕多年。近日,杭州智元研究院負(fù)責(zé)人任敬偉透露,該公司的髖部助行外骨骼設(shè)備即將于下月初正式發(fā)布,價(jià)格不會(huì)超過萬元。
這股熱潮背后是堅(jiān)實(shí)的政策支撐。早在2022年2月國務(wù)院印發(fā)的《“十四五”國家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老服務(wù)體系規(guī)劃》中就提出,加快人工智能、腦科學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、可穿戴等新技術(shù)在健康促進(jìn)類康復(fù)輔助器具中的集成應(yīng)用,發(fā)展外骨骼康復(fù)訓(xùn)練等康復(fù)輔助器具。2024年印發(fā)的《江蘇省機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)方案》中明確指出,將加快推進(jìn)我省機(jī)器人產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。到2027年,服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人將在家政服務(wù)、養(yǎng)老助殘、醫(yī)療康復(fù)、教育娛樂、維護(hù)巡檢、安全應(yīng)急等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。
“想象一下,不久以后,上肢外骨骼能夠幫助手部無力者握持廚具,完成切菜、端鍋等動(dòng)作;倉儲(chǔ)機(jī)器人結(jié)合外骨骼技術(shù),實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作分揀;在醫(yī)院,脊髓損傷患者可以通過神經(jīng)接口外骨骼重新站立行走;兒童腦癱康復(fù)訓(xùn)練中,外骨骼裝備能夠提供動(dòng)態(tài)矯正支持……”在南京理工大學(xué)教授王禹林看來,未來外骨骼裝備不僅要有更聰明的大腦和靈活的關(guān)節(jié),還要連通腦機(jī)接口、AI眼鏡等硬件設(shè)備,更“善解人意”。
“產(chǎn)業(yè)前景明朗,外骨骼裝備的發(fā)展需要更多上下游產(chǎn)業(yè)鏈的支撐。因此,我們希望培養(yǎng)更多機(jī)器人工程、機(jī)械電子、自動(dòng)控制、人工智能等多學(xué)科交叉的拔尖創(chuàng)新人才,貫穿外骨骼裝備乃至各類機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計(jì)、感知、控制、測試全過程?!蓖跤砹滞嘎?,目前,南京理工大學(xué)依托現(xiàn)有的多個(gè)校企合作平臺(tái),深度產(chǎn)教融合,已經(jīng)開展了一系列智能機(jī)器人相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程,外骨骼裝備等各類機(jī)器人的體驗(yàn)和互動(dòng)環(huán)節(jié)已越來越多地融入本科生課堂。
“隨著關(guān)鍵核心技術(shù)的發(fā)展,我們也期待著產(chǎn)業(yè)擁有更開源的生態(tài),讓外骨骼裝備有良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài),早日給人類帶來更多‘超能力’,成為‘人體的延伸器官’。” 宋智功表示,在他看來,人體206塊骨骼互相協(xié)作配合完成大腦指令,背后是一套無比精巧的系統(tǒng)。對(duì)于“鋼鐵俠”來說,學(xué)習(xí)人類本領(lǐng)、人機(jī)共生還有很長的路要走。
記者 葉真
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