穿上它，成為“鋼鐵俠”

沉舟舟

電影《鋼鐵俠》中，男主角穿上機(jī)械戰(zhàn)衣化身超級(jí)英雄拯救世界；《流浪地球》里，劉啟使用機(jī)械手臂拉開被封鎖的鐵門；《蝙蝠俠》中，布魯斯·韋恩“變身”后與超人進(jìn)行對(duì)決……這些科幻作品中使得主角們變強(qiáng)大的裝備都是外骨骼機(jī)器人。

了解外骨骼

在聊外骨骼機(jī)器人之前，我們先了解一下什么是外骨骼。我們?nèi)祟惖钠つw是柔軟的，支撐身體的骨骼被皮膚和肌肉包裹在我們體內(nèi)。而常見的甲蟲、螃蟹、蝦等動(dòng)物，體表都覆蓋著一層堅(jiān)硬的外殼，這層外殼就是外骨骼，是一種能對(duì)生物柔軟內(nèi)部器官進(jìn)行支持和保護(hù)的外部結(jié)構(gòu)，這些動(dòng)物也叫外骨骼生物。螃蟹的外骨骼不但能保護(hù)它免受其他動(dòng)物撕咬，它強(qiáng)有力的大鉗子還能用作武器夾緊獵物。世界上最大的陸生螃蟹椰子蟹甚至能夠徒手開椰子！

外骨骼機(jī)器人的應(yīng)用

科幻電影中的外骨骼機(jī)器人上天入地?zé)o所不能，在現(xiàn)實(shí)中這項(xiàng)科技還遠(yuǎn)沒有那么厲害，雖然在不斷發(fā)展中，但仍然面臨著較大的瓶頸，目前主要用于軍事、工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域。

軍事上 外骨骼機(jī)器人能夠增強(qiáng)士兵的負(fù)重能力，減輕負(fù)重壓力和疲勞損傷。穿上外骨骼后，那些需要幾個(gè)人抬的裝備、武器，一個(gè)人就能扛起來；士兵在負(fù)重行走時(shí)感覺重物背在身上沒什么重量，在長(zhǎng)時(shí)間行軍過程中不感覺勞累，大大提升了作戰(zhàn)能力。

工業(yè)上 外骨骼機(jī)器人可用于物流分揀、工廠生產(chǎn)、建筑搬運(yùn)、石油勘探等領(lǐng)域，輔助工人完成高強(qiáng)度和高危險(xiǎn)度的工作，提高工人的工作效率，減輕負(fù)荷，降低身體受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

醫(yī)療上 外骨骼機(jī)器人可以用于行走輔助。它能幫助癱瘓的人再次獲得站立、行走的能力，也可以輔助中風(fēng)患者慢慢學(xué)習(xí)如何行走。此外，外骨骼機(jī)器人也可用于上肢的康復(fù)訓(xùn)練，比如肌肉鍛煉、恢復(fù)訓(xùn)練等。

外骨骼機(jī)器人的組成與功能

圖中黑色的是下肢型外骨骼機(jī)器人，白色的是全身型外骨骼機(jī)器人，我們以后者為例，介紹外骨骼機(jī)器人的構(gòu)造。

控制系統(tǒng) 相當(dāng)于外骨骼機(jī)器人的大腦，用于處理傳感器搜集到的信息，并及時(shí)做出判斷，分析人的意圖，再將指令發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器，讓外骨骼機(jī)器人做出相應(yīng)的動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)通過各種算法來優(yōu)化控制，AI（人工智能）技術(shù)也被用于外骨骼機(jī)器人的研究，進(jìn)一步提升人機(jī)交互的協(xié)同性和安全性。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接收控制系統(tǒng)的指令，帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的好壞直接決定著機(jī)器人性能的好壞。就像大力士和瘦子掰手腕，他們的大腦同樣發(fā)出了掰手腕的指令，但實(shí)際上大力士的身體條件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過瘦子的，誰勝誰負(fù)顯而易見。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要就是外骨骼的一些桿、關(guān)節(jié)、軸、軸承、背板之類的零部件。

供能裝置 供能裝置主要有蓄電池或小型發(fā)動(dòng)機(jī)。蓄電池沒有噪聲，很可靠，但是重量大，續(xù)航時(shí)間短。小型發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)充燃料方便，續(xù)航能力強(qiáng)，但噪聲大發(fā)熱量大。目前還有將燃料電池用于外骨骼機(jī)器人供能的方案，燃料電池既沒有噪聲也不會(huì)發(fā)熱，同時(shí)能夠大幅增強(qiáng)續(xù)航能力，但它的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，成本高，壽命也相對(duì)短。

傳感系統(tǒng) 在外骨骼機(jī)器人身上，常用到的傳感器有位置、角度、加速度、壓力、扭矩等物理傳感器，以及采集肌電信號(hào)的生物量傳感器。

這是最重要的一個(gè)部分，為什么這么說呢？因?yàn)橥夤趋罊C(jī)器人并不像掃地機(jī)器人一樣，我們只需要給它簡(jiǎn)單的指令或者在遙控器上按一下按鍵它就能正常工作，外骨骼機(jī)器人需要穿戴在人身上，做到“人機(jī)合一”。而以目前的科技水平，人還不能通過“腦機(jī)接口”將思維直接傳達(dá)給機(jī)器人，因此就需要傳感器隨時(shí)搜集和捕獲人體的運(yùn)動(dòng)信息，揣摩人的意圖。比如當(dāng)你想抬起一件重物的時(shí)候，外骨骼機(jī)器人通過傳感器獲取你的動(dòng)向，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候助力你實(shí)現(xiàn)這一動(dòng)作，而不需要你說話或者按開關(guān)。