機(jī)械外骨骼悄然步入現(xiàn)實(shí)

2019年上映的《流浪地球》因其突出的硬科幻實(shí)力，直到現(xiàn)在仍熱度不減。影片中，地球在經(jīng)過(guò)木星軌道時(shí)，“流浪地球計(jì)劃”因全球發(fā)動(dòng)機(jī)停擺而險(xiǎn)遭折戟，穿戴特殊裝備的軍人開始全球救援。這種特殊裝備被稱為機(jī)械外骨骼，可以貼合人體曲線，通過(guò)及時(shí)迅速計(jì)算，精準(zhǔn)地為四肢提供額外的能量，從而令穿戴者變得“力大無(wú)窮，健步如飛”。

看起來(lái)很科幻，然而這種設(shè)備已經(jīng)悄悄地出現(xiàn)在我們身邊。2020年，上海街頭就出現(xiàn)了一名身穿機(jī)械外骨骼設(shè)備的外賣小哥，背著一摞外賣箱在街頭行走自如，不禁讓人感嘆科幻已走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。

據(jù)報(bào)道，這套機(jī)械外骨骼設(shè)備是某外賣平臺(tái)推出的一款測(cè)試設(shè)備，用于輔助高峰時(shí)期外賣小哥售餐服務(wù)。設(shè)備最大能承受50公斤貨物，穿上它，外賣小哥彎腰、搬運(yùn)等動(dòng)作變得更輕松。

機(jī)械外骨骼又稱動(dòng)力外骨骼，由鋼鐵框架構(gòu)成，可以分上、下肢外骨骼，兩者同等重要，通?？梢詫烧叻珠_做研究。機(jī)械外骨骼主要包括控制系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、聯(lián)接部分、動(dòng)力輸出和執(zhí)行部分。控制系統(tǒng)通過(guò)安裝在各部位的傳感器獲得人體各項(xiàng)數(shù)據(jù)，中央處理器負(fù)責(zé)各種傳感數(shù)據(jù)、計(jì)算調(diào)整機(jī)械外骨骼的姿態(tài)、動(dòng)力輸出，從而與穿戴者共同完成一系列的動(dòng)作。

機(jī)械外骨骼的研究可以追溯到上世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)通用電氣公司研制了一款名為“哈迪曼”的可佩戴單兵裝備，輔助雙手抓舉重物。從2015年開始，國(guó)內(nèi)外對(duì)于外骨骼產(chǎn)品的研究發(fā)展迅速，許多國(guó)家著手深入研究機(jī)械外骨骼產(chǎn)品。

機(jī)械外骨骼根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和作用的不同，主要分為軍用機(jī)械外骨骼和民用機(jī)械外骨骼。

軍用機(jī)械外骨骼可以為作戰(zhàn)士兵提供外力支持，提升負(fù)載能力和機(jī)動(dòng)性，并且支持下蹲、匍匐等多種復(fù)雜動(dòng)作。有些軍用機(jī)械外骨骼甚至裝備了通信系統(tǒng)、武器系統(tǒng)。影片《流浪地球》中使用的就屬于軍用機(jī)械外骨骼。

在這個(gè)領(lǐng)域，中俄美日等國(guó)家均推出了自家的軍用機(jī)械外骨骼產(chǎn)品，其中以伯克利機(jī)器人和人體工程實(shí)驗(yàn)室的BLEEX項(xiàng)目較為成熟。BLEEX由雙腿外骨骼、動(dòng)力能源單元和可背負(fù)各種物品的框架組成，配備混合能量供給單元保證驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)勁，用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，電路采用高速同步網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)采集、處理的實(shí)時(shí)性，能夠幫助穿戴者靈活地蹲、跨、走、跑，俯身鉆過(guò)障礙，以及上下坡。

民用機(jī)械外骨骼的應(yīng)用場(chǎng)景也相當(dāng)廣泛，不僅可以為行動(dòng)不便的人群提供外力支持，在康復(fù)治療中輔助病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，幫助殘疾人恢復(fù)自主行走的能力；也可以讓普通人承受更大負(fù)重，如減輕滑雪者膝蓋負(fù)擔(dān)的滑雪機(jī)械外骨骼，用于野外徒步、登山等場(chǎng)景的機(jī)械外骨骼等。

目前，隨著我國(guó)老齡化進(jìn)程的加快和肢體殘障人員數(shù)量增多，機(jī)械外骨骼能夠幫助人們提高生活質(zhì)量這一明顯優(yōu)勢(shì)顯示出巨大的應(yīng)用前景，相關(guān)的研究也在不斷深入。相信在不久的將來(lái)，機(jī)械外骨骼在推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步、幫助人們節(jié)省體力、改善生活品質(zhì)等方面會(huì)起到相當(dāng)重要的作用。

（作者系中國(guó)科學(xué)技術(shù)館網(wǎng)絡(luò)科普部工程師）