沉舟舟

電影《鋼鐵俠》中，男主角穿上機(jī)械戰(zhàn)衣化身超級英雄拯救世界；《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)。