《電子技術(shù)應(yīng)用》
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癱瘓美女小姐姐自主行走,、外賣小哥負(fù)重100斤爬5樓……“機(jī)甲時(shí)代”外骨骼設(shè)備帶來(lái)了哪些奇跡,?

2021-10-18
來(lái)源:物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù)
關(guān)鍵詞: 傳感器 控制系統(tǒng)

  近日,一段癱瘓小姐姐自主行走的視頻走紅網(wǎng)絡(luò),,視頻中,,在12年前就被醫(yī)生宣告終身癱瘓的舞蹈表演者@幾木朵_穿戴好充滿科技感的外骨骼設(shè)備后,先是慢慢站了起來(lái),,隨即勇敢地邁出了第一步,,雖然動(dòng)作略顯生疏,但喜悅與激動(dòng)之情溢于言表,。據(jù)悉,,@幾木朵_是接受了杭州成天科技發(fā)展有限公司的邀請(qǐng),在其智能康復(fù)中心體驗(yàn)了公司的外骨骼機(jī)器人,。

  上百萬(wàn)播放量的視頻下,,上千條評(píng)論、轉(zhuǎn)發(fā)在鼓勵(lì)博主的同時(shí),,也再一次將“外骨骼”推向大眾熱議的焦點(diǎn),。該條微博的熱評(píng)第一條正是來(lái)自一位康復(fù)外骨骼工程師,看過(guò)其他網(wǎng)友對(duì)于外骨骼為患者帶來(lái)神奇改變后的驚訝與激動(dòng),,他表示感到責(zé)任重大,。

  在深度感受著科技溫度的同時(shí),越來(lái)越多網(wǎng)友(尤其是家里有肢體殘疾親屬的網(wǎng)友)對(duì)外骨骼設(shè)備從最開(kāi)始的好奇,、驚嘆到逐漸賦予厚望。

  外骨骼創(chuàng)造的“機(jī)甲戰(zhàn)士”

  外骨骼技術(shù)可以看作是一種可穿戴于人體的機(jī)械結(jié)構(gòu),,通過(guò)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)能力的提升,最初以戰(zhàn)斗裝備的形式出現(xiàn)于家喻戶曉的漫威漫畫(huà)《鋼鐵俠》中,,并很快引起了美國(guó)軍方的關(guān)注,。

  1963年,,美國(guó)陸軍武器研究者謝爾蓋·扎魯?shù)履岚l(fā)表了一份報(bào)告,描述了他設(shè)計(jì)的可穿戴機(jī)器外衣為穿戴者帶來(lái)的巨大能量,。顯然,,就彼時(shí)的技術(shù)水平而言,讓鋼鐵俠走進(jìn)現(xiàn)實(shí)還存在較大技術(shù)鴻溝,,幸而創(chuàng)新技術(shù)正在一點(diǎn)點(diǎn)拉近人類奇思妙想與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的差距,。

  五角大樓國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署(Darpa)于2000年開(kāi)始了為期7年投資7500萬(wàn)美元的機(jī)械外骨骼研究計(jì)劃。此外,,日本公司也一直在努力以商業(yè)用途開(kāi)發(fā)外骨骼,,特別是幫助殘疾人和老年人進(jìn)行日常生活。

  回望國(guó)內(nèi),,中國(guó)兵器集團(tuán)202所外骨骼項(xiàng)目也于2013年正式立項(xiàng),,2015年7月,中國(guó)單兵外骨骼系統(tǒng)首次亮相于中國(guó)軍民融合技術(shù)裝備博覽會(huì),。

  多年來(lái),,隨著傳感器控制系統(tǒng),、硬件材料的革新,,外骨骼系統(tǒng)從漫畫(huà)中的構(gòu)想走向?qū)嶒?yàn)室、最終實(shí)現(xiàn)了落地,,并逐漸突破了軍用領(lǐng)域的桎梏,,實(shí)現(xiàn)了商用。對(duì)于普羅大眾而言,,除了拯救世界的超級(jí)英雄之外,,醫(yī)療、工業(yè)這兩位“機(jī)甲戰(zhàn)士”的輪廓也逐漸變得清晰起來(lái),。

  在醫(yī)療領(lǐng)域,,外骨骼主要可用于康復(fù)治療。

  像@幾木朵_所用的外骨骼,,就是先通過(guò)傳感器檢測(cè)用戶意圖,,再帶動(dòng)患肢運(yùn)動(dòng),屬于康復(fù)訓(xùn)練外骨骼中的輔助訓(xùn)練,,主要作用是帶著患者先動(dòng)起來(lái),,以刺激神經(jīng)可塑性等方式開(kāi)始康復(fù)進(jìn)程。除此之外還可以進(jìn)行約束訓(xùn)練,,即用設(shè)定好的程序帶動(dòng)患者做出指定動(dòng)作,,從簡(jiǎn)單的動(dòng)作開(kāi)始,適應(yīng)了以后再慢慢加大動(dòng)作幅度和每次訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng),,也被稱作“分步康復(fù)機(jī)器人”,?;謴?fù)到一定程度后就可以進(jìn)行抵抗訓(xùn)練,外骨骼會(huì)對(duì)患者運(yùn)動(dòng)施加反方向的阻力來(lái)鍛煉患肢的力量,。

  輔助行走外骨骼則是針對(duì)還具有一定運(yùn)動(dòng)能力,,但身體虛弱、行走不便的人群,,及時(shí)檢測(cè)用戶意圖滿足日?;顒?dòng),同時(shí)還可以檢測(cè)身體姿態(tài),,如上坡時(shí)提供助力,,下坡時(shí)提供阻力,讓使用者保持運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定,。

  在經(jīng)歷了艱難的康復(fù)訓(xùn)練后,,很多患者已經(jīng)在外骨骼的幫助下創(chuàng)造了奇跡:在“2020年查爾斯頓馬拉松賽”上,一名來(lái)自南卡羅萊納州的下半身癱瘓男子穿著外骨骼服飾跑完了26.2英里(約42公里)的全程馬拉松,,并以33小時(shí)50分23秒的成績(jī)打破該項(xiàng)目原有紀(jì)錄,。

  在工業(yè)領(lǐng)域,外骨骼主要應(yīng)用于工業(yè)制造,、物流運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè),,尤其是很多工業(yè)制造需要高強(qiáng)度的體力勞動(dòng),短期內(nèi)也無(wú)法完全用機(jī)器人取代,。例如,,在汽車裝配工作中,工人經(jīng)常需要雙臂上舉,,手持工具長(zhǎng)時(shí)間抬頭作業(yè),,容易造成上肢肌肉疲勞,降低工作效率,。因此,,一些汽車工廠引入了上肢外骨骼機(jī)器人,減少工人體力消耗,,在提高效率的同時(shí)也可以防止工傷事故,。

  此外,外骨骼的“超級(jí)力量”也可以將外賣小哥包裝成“機(jī)甲騎士”,,去年4月,,一則餓了么外賣小哥身著外骨骼機(jī)甲送餐的照片登上了熱搜,小哥身著外骨骼機(jī)器人外賣設(shè)備,,背負(fù)100斤重的物品也可像背了一臺(tái)筆記本電腦一樣,,輕松行走,上下樓梯,。

  減輕自重 降低成本

  可以看出,,外骨骼技術(shù)的應(yīng)用前景還是十分廣闊的,目前已經(jīng)有不少高校研究機(jī)構(gòu)和公司都在進(jìn)行這方面的研究,。

  高校方面,,包括國(guó)內(nèi)的清華、南航等,,以及國(guó)外的UC伯克利,、哈佛、MIT等,,近年來(lái)都不斷在產(chǎn)出相關(guān)的研究成果,。例如,哈佛的Conor Walsh教授項(xiàng)目組曾產(chǎn)出過(guò)一款柔性外骨骼,,協(xié)助中風(fēng)患者獨(dú)立行走,;北航博士楊興幫研發(fā)了一款踝關(guān)節(jié)外骨骼系統(tǒng),針對(duì)踝關(guān)節(jié)功能未完全受損的足下垂患者,,通過(guò)機(jī)械訓(xùn)練助其恢復(fù)健康,。

  企業(yè)方面,國(guó)內(nèi)的廣州一康,、晁禾醫(yī)療,、蝶和醫(yī)療等企業(yè)率先進(jìn)軍康復(fù)機(jī)器人,傲鯊智能,、程天科技,、尖叫科技、大艾機(jī)器人,、布法羅機(jī)器人等外骨骼機(jī)器人公司呈現(xiàn)爆發(fā)之勢(shì),,吸引了聯(lián)想創(chuàng)投、藍(lán)馳創(chuàng)投,、IDG,、火山石、前海母基金,、睿頂資本等多方投資,。

  國(guó)外企業(yè)有美國(guó)知名機(jī)器人研發(fā)企業(yè)薩科斯機(jī)器人、以色列的Rewalk,、日本的Cyberdyne,、美國(guó)的Ekso Bionics公司、法國(guó)的Wandercraft,。

  然而,,外骨骼概念雖然頻頻驚艷眾人,但卻仍未飛入尋常百姓家,至于原因,,從@幾木朵_的微博評(píng)論中我們也可以窺探一二,,售價(jià)自然是最大的阻礙,降低使用門檻依舊是外骨骼機(jī)器人推廣的重中之重,。目前,,因康復(fù)所需一定的專業(yè)知識(shí),康復(fù)外骨骼機(jī)器人基本都屬于醫(yī)院或康復(fù)中心,,供患者付費(fèi)使用,,很少有患者選擇購(gòu)買康復(fù)機(jī)器人在家自行訓(xùn)練。

  除了價(jià)格之外,,外骨骼設(shè)備的外形也是限制其日?;闹匾颍绕涫敲嫦驘o(wú)法自主行動(dòng)的患者時(shí),,外骨骼設(shè)備不僅要完成動(dòng)作,,更要幫助使用者保持姿勢(shì)。雖然工業(yè)及軍用領(lǐng)域已經(jīng)盡量輕量化,,但顯然仍未達(dá)到人們對(duì)于可穿戴設(shè)備的要求,。

  如果說(shuō)輕量化是外骨骼大規(guī)模推廣的最低要求,那么智能化則是為外骨骼創(chuàng)造價(jià)值的更高標(biāo)準(zhǔn),。

  目前,,外骨骼主要通過(guò)傳感器檢測(cè)患者意圖,再做出反應(yīng),,其中的反應(yīng)時(shí)延對(duì)于癱瘓或無(wú)法自主行走的患者而言仍存在風(fēng)險(xiǎn)及誤判可能,。未來(lái),利用腦機(jī)接口驅(qū)動(dòng)外骨骼完成動(dòng)作或許才能實(shí)現(xiàn)真正的自主行走,。

  寫在最后

  最近幾年,,隨著連接技術(shù)、控制系統(tǒng),、傳感器,、外殼材料等主要組成部分的快速發(fā)展,外骨骼設(shè)備也在日趨成熟,,相信在進(jìn)一步解決輕量化,、智能化及價(jià)格問(wèn)題后,外骨骼也可以成為常用可穿戴設(shè)備,,幫助更多有夢(mèng)想的舞者站上自己的人生舞臺(tái),,也幫助更多有毅力的運(yùn)動(dòng)員跑贏命運(yùn)的馬拉松!




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