现实版钢铁侠:增强人体力量的机器人套装

一种外骨骼机器人套装可能帮助工人搬运重物,并帮助患者移动受损和假肢


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穿上可以增强力量、在受伤恢复期间保持身体活动,甚至可以作为假肢的机器人外骨骼的前景极具吸引力。然而,与钢铁侠所穿的轻巧盔甲不同,迄今为止,大多数外骨骼看起来更像是拼凑在一起的笨重备件。

日本的CYBERDYNE公司希望通过一种正在研发中的光滑白色外骨骼来改变这种状况,该公司表示该外骨骼可以增强身体自身的力量或替代患病(或缺失)肢体的工作。该公司对其新技术非常有信心,已开始建造一个新的实验室,预计从10月份开始每年大规模生产多达500套机器人动力服(想想没有头盔的星球大战冲锋队员),据日本共同社网站报道。

CYBERDYNE于2004年6月成立,旨在将以日本筑波大学系统与信息工程教授山海嘉之为首的一组研究人员的控制论研究商业化。其最新产品:机器人套装混合辅助肢体(HAL)外骨骼,该公司创造该外骨骼是为了帮助培训医生和理疗师,帮助残疾人,允许劳动者搬运更重的货物,并协助紧急救援。外骨骼套装的原型是为身材矮小的人设计的,身高五英尺三英寸(1.6米)。该套装重50.7磅(23公斤),由一个100伏交流电池供电(持续时间长达五个小时,具体取决于套装消耗的能量)。相比之下,麻省理工学院媒体实验室生物机电一体化小组开发的下半身外骨骼由一个48伏电池组供电,重约26磅(11.8公斤)。

CYBERDYNE(电影爱好者会认出这是在终结者电影中制造了命运多舛的“天网”的公司)设计HAL外骨骼主要是为了将穿戴者的现有身体能力增强10倍。外骨骼通过附着在穿戴者皮肤上的传感器检测大脑发送到肌肉以使其移动的信号。外骨骼的计算机分析这些信号,以确定它必须如何移动(以及以多大的力)来帮助穿戴者。该公司在其网站上声称,该设备还可以自主运行(基于存储在其计算机中的数据),这在患有脊髓损伤或因中风或其他疾病导致的身体残疾的人使用时至关重要。

HAL外骨骼目前仅在日本销售,但该公司表示计划最终在欧盟也提供。据该公司网站称,该公司将以每月约1,300美元的价格出租(目前没有购买选择)这些套装(包括维护和升级),该网站还表示,租金会有所不同:医疗机构和其他租赁这些套装的企业将支付大约三倍于个人的费用。该网站没有解释原因,也未能联系到该公司置评。

CYBERDYNE并不是唯一一家开发外骨骼技术的公司。美国陆军正处于测试由盐湖城机器人和医疗设备制造商Sarcos(以及国防承包商雷声公司的一个部门)制造的铝制外骨骼的早期阶段,以提高士兵的力量和耐力。该外骨骼由传感器、执行器和控制器组合而成,可以帮助穿戴者毫不费力地举起200磅的重物数百次,该公司周三在新闻稿中表示。该公司还声称该套装足够灵活,可以踢足球并爬楼梯和坡道。

但是,在HAL或任何其他外骨骼成为日常生活的一部分之前,还有许多问题需要解决。休·赫尔说,外骨骼与人体肌肉平行工作,充当帮助身体克服惯性和重力的人工系统,他是麻省理工学院生物机电一体化小组的首席研究员,该小组正在开发一种轻便、低功耗的外骨骼,它绑在人的腰部、腿部和脚上。穿戴者的脚进入附着在一系列金属管上的靴子中,这些金属管沿着腿部延伸到背包。该设备将背包的有效载荷从穿戴者的背部转移到地面。

开发用于医疗保健的外骨骼的困难之一是它们必须满足的医疗需求的多样性。“一个人可能有膝盖和脚踝问题,另一个人可能有肘部问题,”赫尔说。“你到底要如何制造一个可以容纳很多人的可穿戴机器人?”

还有人担心外骨骼会通过完成受损肢体的所有工作而阻碍康复,即使是有限的使用也可能对受损肢体有益。“如果矫形器做一切事情,”赫尔说,“肌肉会退化,所以你希望矫形器只做适量的工作。”

考虑到HAL的运动依赖于整个外骨骼中安装的许多电动机,电源效率也可能成为一个问题。雷·鲍曼说,电力的问题是你必须充电,他是化学教授和德克萨斯大学达拉斯分校纳米技术研究所的主任。鲍曼和他的同事们一直在开发可以充当人造肌肉的物质(通过将化学能转化为电能),这些物质可能有一天能够移动假肢和机器人部件。他们的目标是避免电机驱动的假肢必须充电所固有的停机时间。

这让你更加欣赏钢铁侠的力量和敏捷性。

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