穿上机械外骨骼 普通人变身“大力金刚”

图/东方IC

美国科幻电影《明日边缘》中，硬汉汤姆·克鲁斯身着充满科技感的外骨骼装备，成为拥有“超能力”的勇士，让大家眼前一亮，其实，外骨骼机器人已不只存在于电影中了。

近日，上海街头这样一幅景象引起不少人好奇围观：一名外卖小哥背着摞起来有一人高的外卖箱，行走、爬楼身轻如燕，仔细观察，他的身上装着一副类似铁甲的机械外骨骼。

这一事件引发了网友热议：这不是科幻电影中的场景吗，这么快就走进现实了？更让人疑惑的是，机械外骨骼设备是如何打造的，为什么能让人在负重情况下依旧行动灵活？

背负50千克能轻松行走

前不久，有网友在微博上晒出一张图片，图中一名外卖小哥身穿外骨骼机甲，背着3 个外卖箱在行走，并配文：“传递希望……”这条微博引发网友们热议，尤其是游戏玩家们很是兴奋，称很像《死亡搁浅》的快递装备。

据报道，这套外骨骼机甲装备是某外卖平台的测试设备，主要使用场景是高峰期外卖骑手爬楼梯或是在不能骑行电瓶车的区域送餐。

该外骨骼机甲装备的制造商在微博上解释称，外卖小哥在工作时，背负的重量可经由机械装置传导到地面，不论背负的物体有多重，人体主要承担操作力，肩膀承担的力约为5 至10 千克，力量一经分散，外卖骑手背着50 千克的东西就像背着一台笔记本电脑，可以很轻松地行走。

虽然目前还是创新尝试，但这给人们对未来外卖配送方式带来无限遐想。某外卖平台相关负责人表示，外骨骼机甲投入市场还没有时间表，但此前引发讨论的无人车、机器人、无人机送餐已在部分场景实现商用，接下来将持续在外卖领域开拓餐饮品类、物流模式的创新研发。“这个外骨骼的成本投入较大，所以距离正式给外卖小哥使用，还有很大的测试空间。虽然暂时不会全面投入，但我们会持续探索。”

资料显示，该外卖平台此前测试的送餐机器人在疫情期间为酒店的隔离人员送餐，避免了人与人的直接接触。

助力外卖小哥只是牛刀小试

这么“高大上”的装备只用来送外卖是不是大材小用？机械外骨骼还能给我们带来什么惊喜？

浙江大学机械工程学院教授杨灿军介绍，从用途来看，机械外骨骼系统大致可以分为两类：一类是控制型，一类是增力型。

控制型机械外骨骼是将人的灵活统治能力传递给机器装置，主要应用于人类自由活动难度较大的领域，例如对空间机器装置的人机耦合控制、深海作业、山体滑坡搜救或是排雷等。目前大多采用的是无线控制型机械外骨骼，包括一套外骨骼动作捕捉衣和一台机械装置。使用者穿戴动作捕捉衣，动作捕捉衣可实时采集人体上各关节的运动数据并转化为信息指令传送到机械装置上，机械装置可根据信息指令对人体的肢体运动进行实时模仿跟随，机械装置更接近于人直接作业形态。

而增力型机械外骨骼常见为可穿戴型装备，主要应用在肌力增强、运动康复和国防军工等领域，比如辅助残疾人或老年人行走的机械外骨骼，以及美军的单兵机械装备。2004 年，日本筑波大学教授山海嘉之成立了Cyberdyne 公司，第二年就推出了一款混合辅助假肢（HAL），该装置重达23 千克，其充电电池的续航时间接近2 小时40 分钟，可通过探测到皮肤表面电信号，指令动力装置控制肌肉和骨骼的移动。在HAL 的帮助下，使用者不仅可以进行正常的日常生活，还可以完成攀爬、抓握、举重物等高难度动作。

那么，机械外骨骼需要根据使用者量身打造吗？

控制型机械外骨骼由于机械装备并未与人体直接贴合，所以个体差异并不会影响它的使用。而增力型机械外骨骼则要视情况而定。

专家解释说，用于康复治疗的机械外骨骼是针对肌体功能缺失需要进行外部辅助恢复的行动障碍人群，不同的肌体恢复需要有针对性设计。在使用机械外骨骼进行训练时，医生需要针对不同病患设置相应的参数，然后才能利用机械外骨骼帮助患者进行一步一步的重复性训练，无法做到通用。而单纯的增力型机械外骨骼则是把机器装置绑在人身上，实现功能最大化，它针对的是行动功能正常的人，随着技术进步，已经能够做到通用化、批量使用。

大规模应用需要再过几道关

想要实现机械外骨骼的大规模应用，还要克服研发过程中出现的困难。

宝鸡易能特电子科技有限公司总经理刘启帆介绍，难点之一是能源供给系统。机械外骨骼装备要求持久、高效、安全的能源供给，尤其是室外应用的机械外骨骼，通常难以获得外部能源供应。因此，能否实现可靠、超强续航能力的动力能源供应，是机械外骨骼能否实现大规模应用的核心问题之一。此前，美国伯克利大学研究的动力源以背包形式背在使用者身上，但是体积很大，质量也不轻，长时间负重不可避免地会加剧使用者的负担。

以蓄电池作为动力源的机械外骨骼工艺难度低、噪声小，但续航时间短、输出功率低；而采用液压驱动的动力源，虽然可提供较大的功率和相对较长的续航时间，但噪声、振动、发热量都很大，并不能作为长期使用的理想动力源。

此外，传感器的灵敏程度也有待加强。杨灿军表示，要实现整个外骨骼系统的柔顺控制，需要快速的信息传感技术来获取所需的控制信息，并对多信息进行高效快速融合，发出控制指令。

目前，可穿戴机械外骨骼主要通过采集肌电信号的方法来获取使用者的运动意图，肌电信号采集的方法有很严格的外界环境限制，一旦信号采集的地方发生微小的变化（如流汗等）就会干扰信号的采集。

再者，可穿戴机械外骨骼主要通过捆绑的方式与使用者连接在一起，而这种方式具有很大的缺陷，如人体捆绑部位会因绑带的束缚产生血流不畅等问题；捆绑处因肌肉的收缩、伸展产生的形变，很大程度上会影响机械外骨骼的定位精度。