“钢铁侠”走进现实

“钢铁侠”走进现实
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2011年10月27日 , 美国一名截瘫患者穿上外骨骼机器人Ekso站起来行走
外骨骼的坚硬结构可为人体提供支撑和保护 , 可应用于军事合作、医疗康复、灾难救助、工厂制造等多种场景 。
帅梅
在3月2日举行的北京冬残奥会火炬接力火种汇集仪式上 , 负责火种汇集的9名代表之一邵海朋穿着颇具科幻感的助力外骨骼 , 在拐杖辅助下独自走上主席台 。 邵海朋所穿戴的 , 正是北京航空航天大学生物医学工程高精尖中心研发的外骨骼机器人 。
外骨骼机器人 , 通俗地说就是“套在人体外面”的机器人 , 它基于仿生学和人体工程学设计 , 也称“可穿戴机器人” 。 外骨骼的坚硬结构可为人体提供支撑和保护 , 可应用于军事合作、医疗康复、灾难救助、工厂制造等多种场景 。
起源于军事领域
最早的移动行走式外骨骼机器人起源于军事领域 。 1965年 , 美国国防部为了增强士兵体能 , 提出了“外骨骼机器人”概念 , 并资助通用电气公司研发一种穿戴在士兵身上的增强型军用装甲 。
受当时各方面技术的限制 , 1970年 , 通用电气研发的外骨骼机器人“Hardiman”原型机 , 仅实现了一只手臂举起341千克物体的任务 。 而且“Hardiman”原型机体积和重量过于庞大 , 整机重量达0.75吨 , 腿部不能协调运动 , 更不能行走 。
但由于外骨骼机器人对军事的意义非常大 , 一些发达国家一直未放弃在这方面投入的想法 。
2000年 , 与外骨骼机器人相关的传感、材料、机械、电力电子、能源、信息等技术均有了长足发展 。 美国国防部高级研究计划局再次启动了军用“外骨骼机器人”研制资助计划 , 以期提高单兵作战能力 , 帮助士兵跑得更快、跳得更高(跨越障碍)、负重能力更强(携带更多的武器和装备) 。
根据西班牙《先锋报》网站的报道 , 2014年 , 时任美国总统奥巴马这样对采访人员说:“我在这里宣布 , 我们正在打造‘钢铁侠’ 。 ”美国研发了“战术突击轻型作战服”(TALOS) , 这种外骨骼可以抵御子弹 , 由于采用了智能材料和先进传感器 , 可以监控士兵的身体状况 , 减轻疲劳 , 并在负重时提供力量支持 。 通过神经工程系统设计(NESD)项目 , TALOS还增配了带有电极的头盔 , 可以导出大脑信号 , 以让士兵用头脑控制外骨骼 。 俄罗斯的单兵综合战斗装备“武士3”则像所有外骨骼一样 , 可以减轻疲劳 , 并增强战斗人员的力量和提高射击精准度 。 此外 , 2020年年底 , 法国国防部长弗洛朗丝·帕利在一个防务创新论坛上说:“我们对钢铁侠的盔甲说‘是’ 。 ”
在康复医学领域大放异彩
20世纪60年代末 , 当时的南斯拉夫贝尔格莱德大学开始研制截瘫患者用外骨骼机器人 , 不过进展甚微 。
从2000年起 , 美国、日本等国的研究机构针对失去下肢控制能力的运动功能障碍患者 , 基于仿生学、人体工程学和康复医学原理 , 研究设计了一种外骨骼康复机器人 。 这种机器人的机械构型与人类的下肢骨骼类似 , 并几乎平行 。 它通过绑带套在患者身体外面 , 成为患者除自身之外、由外部动力源驱动的另一副骨骼 。
根据行走场景 , 具有仿人直立行走步态训练的外骨骼康复机器人分为两大类——在跑台上定点行走的悬吊式减重康复机器人和可在真实路面上自由移动行走的外骨骼机器人 。 后者没有固定根基 , 而其穿戴者下肢均存在感知障碍、行走控制异常障碍等 , 故其人机交互融合性、行走稳定性、行走步态的生物力学特性等控制实现难度远大于前者 。

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