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揭秘“外骨骼助行器”“简易型”的有望普及

2025-05-23 06:45:33
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  九游体育九游体育近日,杭州程天科技推出的“消费级外骨骼助行器”(售价2500元)在网络上火了,有网友直呼“科幻电影里的场景有望变成未来”!4月8日,华商报大风新闻记者专访了西安交通大学机械工程学院教授、博士研究生导师,西安交通大学具身智能机器人研究院院长施虎,邀请施虎教授解答关于“外骨骼”设备的方方面面。

  记者了解到,外骨骼是一种可穿戴的机械设备,其功效包括增强军事作战能力、助力医疗康复、提升工业效率、改善老年人生活、促进极限运动探索等。在有的场景中,是“设备指挥人”,在有的场景中,是“人指挥设备”。

  最近,“消费级外骨骼助行器”(售价2500元)火了。杭州程天科技创始人张继宇在采访中表示,本来抱着试一试的心态,准备了几百台现货,没想到在15秒内售罄,“现在还有几百人正在排队预定下一批。”

  在这次购买的人群中,有帮家中老人购买的中青年,也有因为运动损伤导致膝关节或髋关节疼痛的年轻人,还有不少感觉自己体能下降但又热爱旅游的退休中老年人。

  张继宇介绍,假如走一万步,这款外骨骼助行器可以帮助穿戴者节省约百分之十几的体力,助力可以达到十几扭力,相当于抵消两大瓶可乐的重量。有穿戴者表示,“穿上之后感觉有点像踩了弹簧,走路爬楼都会感觉省力一些。

  张继宇介绍,这是一款无源外骨骼机器人,也就是不使用电源,完全依赖机械结构与碳纤维材质提供支撑。它采用无源助力设计和轻量化碳纤维材质,不需要充电,整机重量不到2.5公斤,靠机械结构和材料特性带来支撑力,不会使用智能手机的老人也可驾驭。

  此事也引发网友热议,有的网友看到后非常激动,也有网友有一些质疑,还有网友询问售后,有网友询问渐冻症病人、瘫痪病人等能否使用。

  @邓子达:什么时候发布新产品?辅助站立走路的,马上给我爷爷订一台,老人家马上就100岁了,希望还能看到他能站起来,能陪我去公园散步。

  @孙世伟:不要用这些东西,通过锻炼增加肌力,如果用了,长期来看是不行的。

  @雅兰如新:只减少百分之十几的体力,应该只是帮助节约体力,帮助行动不便的人,肌肉不会废掉的。

  清明假期,有游客在爬庐山时,意外发现景区推出了智能外骨骼体验项目,只要50元,就能体验一次。

  “穿上后抬腿感觉有一股力量在拉,上台阶变省力了,爬到山顶都不觉得累。”体验后的游客说。

  这种智能外骨骼被网友形象地称为“登山神器”“登山外挂”。相关企业在调研时发现,大量旅客都认为虽然山岳景区风景很美,但爬山太累,长时间行走感到很疲惫。今年清明假期前夕,有旅游平台联合科技企业以及景区,在庐山、贺兰山等景点推出智能助行外骨骼设备进行试点,并计划年内拓展至全国25家山岳型景区。

  这次推出的的智能外骨骼设备,可通过电机驱动髋关节辅助发力,最高能降低30%的登山体能消耗,延长游览时长1.5小时。该设备充满电需要30分钟,充满电后可持续使用3至5小时。被游客成为“登山动力装甲”。

  根据某旅游平台的统计,山岳景区60岁以上游客占比不足12%。刚退休的银发族正是最有时间、精力、财力出来旅游的人。未来智能助行外骨骼有望打破年龄和体能的限制,助力更多中老年游客勇攀高峰。

  根据公开报道,清明节前夕,杭州余杭闲林街道云栖村的曹大姐体验了一把科技助力的快乐——当天,隔壁仓前街道程天科技公司的工作人员,正在茶园演示一款可以助力登山的人体外骨骼机器人,只要穿戴好按下开关,就可以在爬山时节省至少三成的人力。曹大姐也在工作人员帮助下穿戴上设备,在自家茶园走了两圈后,曹大姐说,仿佛有一股“魔力”牵引着她,“真的很轻松,爬山能省不少力,采茶弯腰时,背部也有支撑力。”

  4月7日,成都天府国际基金小镇举办人工智能与机器人科技创新成果展,集中展示了天府新区在智能科技领域的创新突破。一位由布法罗Aider下肢步行外骨骼机器人辅助下的脊髓损伤患者缓缓向场地中心走去。“下肢步行外骨骼通过安全、简洁交互控制方式、拟人化步态及高精度电机控制算法,辅以多传感融合技术,帮助患者重新站立、坐下和行走,重建神经、肌肉真实行走记忆,加速下肢功能康复。”布法罗展台负责人介绍,该设备已广泛应用于全国400多家医院。

  4月8日,华商报大风新闻记者专访了西安交通大学机械工程学院教授、博士研究生导师,西安交通大学具身智能机器人研究院院长施虎,邀请施虎教授解答大家关心的问题。

  施虎:从目前的科研现状来讲,外骨骼是一个非常广义的概念,属于一个非常大的科研领域。外骨骼原本是一个生物学术语,是一种能够提供对生物柔软内部器官进行构型,建筑和保护的坚硬的外部结构。而我们人类研发出来的机械外骨骼也叫助力力外骨骼,一般来说,是一种由技术的框架构成并且可让人穿上的机器装置,这个装备可以提供额外能量来辅助四肢运动,根据不同用途,业界也叫强化服、动力服、动力装甲。当然,现在有多种类型的外骨骼,制作材料也不仅仅是钢铁。外骨骼助行器就是其中的一种产品。

  施虎:这是一种无源的外骨骼助行器,没有电源供电,产品通过与腰部、髋关节、膝关节等部位连接,帮助人节省力气。什么原理呢?采用了能量储存后再释放的方式,比如,人在登山过程中,腿在执行不同动作时,肌肉的能量输出不一定时时刻刻相等,那就可以把过剩的能量存起来再利用。比如我抬腿时需要的能量大,放下腿时需要的能量小,那么就可以在放下腿时把能量存起来,抬腿时再利用,实现助力。所以,它本质上可以理解为一个省力装置。

  当然,这个装置需要与人体动作协调才能帮助肢体省力,这就需要在设计的时候把这个问题考虑进去,这里面包含了很多门类学科的知识。如果能为人节省10%的力气,人行走起来也是会轻松不少的。

  施虎:从不同维度来划分,外骨骼可以有很多中类型,从动力来源划分,可以分为有源外骨骼和无源外骨骼;从使用场景来划分,可以分为军事类、医疗康复类、航空航天类、生活类等;从功能划分,分为负重类、助行类、训练类等。

  外骨骼研究和应用在上世纪国外已有,一般用于军事,穿戴外骨骼后,外骨骼可以帮助士兵负重,从而提高士兵的战斗力。随着技术的发展,除了军事领域,目前用于医疗康复领域的外骨骼也比较多,有外骨骼助行器、外骨骼机器人等,他们可以帮助偏瘫病人、肢体受伤的人康复,练习行走。外骨骼机器人在技术方面更集成化,其中包含了更多智能算法和控制技术;外骨骼助行器则是针对人们行走而设计的助力产品。

  上面所说的一般是指下肢外骨骼,其实还有上肢外骨骼,举例:我们还研发出了助力宇航员活动的外骨骼机器人,太空中,宇航员穿的宇航服里充满了高压气体,肢体活动起来并不像我们穿着普通衣服这么自如,所以就需要外骨骼机器人辅助。设计和制作时,就需要依据宇航员上肢活动具体状态来定制,采集数据后进行研制,最终的效果就是,宇航员穿戴外骨骼机器人后,上肢活动会更轻松,更有力量。

  此外,还有用于生活领域的外骨骼,比如这次的“登山神器”,这也是科研成果进入百姓生活的一次尝试。

  施虎:你可以理解它们是你四肢功能增强的“外挂”,它们能让你的肌肉更强壮,让你的四肢更灵活。另外,外骨骼的智能在于它能采集数据、自学习、调整优化控制模型,实现人机运动协同,提升穿戴舒适性。举例:一个腿部受伤的人,需要外骨骼助行器辅助他训练康复,穿戴使用后,外骨骼助行器会根据这个人的步态规律等情况,采集到关于这个人的数据,从而调整辅助行走时的角度、力度等,它就像人的朋友一样,有一个“磨合”的过程。

  外骨骼有一个重要的特点就是适合模块化,也就是细分功能,身体的哪一个部位需要辅助,我们就可以研发哪一个部位的外骨骼,胳膊、手指、髋关节、膝关节、脚踝等,每一个部位都可以设计对应的外骨骼助力机构。比如,脚踝受伤的人,可以穿戴踝关节外骨骼进行康复训练,无需全身的辅助设备,这样对于使用的人来讲更轻便,对于研制单位来讲,产品更易推向细分市场。

  此外,对于负重型外骨骼来说,在助力的同时,负重行走产生的机械能也可以被回收利用,从而提升外骨骼性能和续航时间。比如,人在行走时,人体重心上下振动,这个振动就能储存很大的能量,同理,外骨骼负重行走时,重物的重心振动也同样产生能量,而且是负重越重,能量越大。从物理学角度来说,我们可以设计能量回收装置来收集能量,再释放能量辅助关节运动。这是一个多学科交叉融合的研究课题,包含生物力学、机械、计算机、控制等,涉及到多个方面的知识,实现起来存在很大的挑战,目前还在研究阶段。

  施虎:穿戴舒适性其实是外骨骼首要的关注点。输出能量大小和自重之间,常常是一对矛盾。人在穿戴使用它时,是需要很轻便的,轻便的同时,动力方面能否保证,就是一道难题。携带更大电源,才能输出更多能量,产生更强的动力,但是穿在人身上的重量势必会加重。另外,外骨骼采用电机驱动,还有减速设备,以及各种传动机械装置,势必是需要重量的。材料方面相对好解决,结构框架可以用炭纤维等较轻的材质,不让外骨骼本身成为人使用的负担,但是很多关键的运动部件采用金属材料是没法改变的。

  施虎:除了军事方面的应用,目前应用较多的是医疗康复行业,而这在使用时是需要专业人士指导的。生活化的科研产品,目前大多处于实验室阶段,商业化比较缓慢,这与多个因素有关,包括价格、观念、操作难易、社会伦理等。目前有望逐渐普及的,应该是那种定制化的、针对特定功能的简易型外骨骼,比如像“爬山助行器”这类,它的用途很明确,所以设计开发和应用场景也都很有针对性。

  施虎:山区的农民、工厂搬运工、外卖员等,他们都属于重体力劳动者,外骨骼机器人可以减轻他们的辛劳。比如山区农民总是靠背、担上山下山,如果他们能使用外骨骼机器人,就会轻松很多。

  华商报:科幻作品中经常出现“机械外骨骼”,例如《星舰战将》中机动步兵的动力服;《钢铁侠》中的动力服;《星海争霸》中太空陆战队穿的动力装甲等,当人与“机械外骨骼”结合后,变得更加强大,威震四方。科幻作品里的情景会成为未来吗?

  施虎:随着外骨骼的技术发展,有可能成为人类的未来,但因为外骨骼包含了很多方面的技术,各项关键技术的突破与成熟,以及产业化、市场化等环节的影响因素也很多,所以这还需要一个漫长的过程。

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