救援
自從2011年3月,福島第一核電站發(fā)生核泄漏事故后,日本政府一直在測試機器人技術(shù),以防類似事故再次發(fā)生。筑波大學(xué)下屬的賽博旦公司2012年10月曾研制出一套“混合輔助肢體”(HAL)的外骨骼裝備,被廣泛看作是核泄漏事故中維修和救援工作的解決辦法之一。
為了保護穿戴者的安全,這套動力服采用鎢作為原料,能將輻射減少50%左右,并且配有冷卻系統(tǒng),防止穿著者中暑。包括維修工具在內(nèi),這套外骨骼大部分重量都由它的腿來承擔。而且HAL還能夠?qū)崟r測量穿著者的心率和體溫等數(shù)據(jù)。
軍事
為了把科幻小說中外骨骼設(shè)備變成實物,美國國防部先進研究項目局(DARPA)已劃撥5000萬美元資金,用于一個叫做“增強人類體能外骨骼”的項目。
這個項目包括開發(fā)自由操控的外骨骼設(shè)備,這類設(shè)備不僅能提高人的力量和速度,還能讓士兵攜帶更大的武器,免受敵人的炮火或化學(xué)武器攻擊,攜帶更多的食物、彈藥等補給,延長作戰(zhàn)時間。外骨骼裝備可能還會把傷員帶回指揮部進行救治。
該項目開發(fā)的裝備可分為輔助運動的非動力機械裝備,和無需士兵操控,依靠化學(xué)或碳氫燃料工作的全機械化外骨骼裝備。DARPA將這個項目分配給SARCOS研究公司在內(nèi)的多家企業(yè),而SARCOS也成立了自己的可穿戴高效自動機器人(WEAR)設(shè)備。
WEAR是一套用于步兵戰(zhàn)斗的裝備,利用非常復(fù)雜的動力系統(tǒng)模仿人體運動,包括了大腿、軀干、手臂、供能、能量儲存和驅(qū)動器等部分。
一套名為特殊應(yīng)用包的裝備保護WEAR的穿著者免受輻射和生物制劑的危害,并且擁有通訊、監(jiān)視和夜間工作的功能。SARCOS公司分別在2003年和2005年測試了帶有腿部和全身的WEAR外骨骼設(shè)備。
綜合
美國哈佛大學(xué)與美國國防部近日開發(fā)出一種應(yīng)用起來極為輕便、舒適的外骨骼設(shè)備,穿戴起來就好像是套上一條褲子。專家們希望能將這套外骨骼服與實物服裝結(jié)合在一起,使其成為穿戴者的第二皮膚,幫助運動員、士兵等從事激烈體力勞動的人,使他們的肌肉免受損傷。
哈佛大學(xué)懷斯研究所機器人學(xué)研究員、該項目負責人康納·沃爾什說:“它就像蜘蛛網(wǎng)一樣僅僅貼著你,像一條很合身的褲子一樣。”盡管它也許不是最先進的機械外骨骼服,但可能是最舒適的。
這套動力外骨骼不是協(xié)助人的肢體運動,而是增強運動。它的總重量只有7.5千克(不包括驅(qū)動人造肌肉的氧氣供應(yīng)設(shè)備)。5名身體健康的男性志愿者已經(jīng)試穿了這套動力服經(jīng)過培訓(xùn)后,他們分別穿著這套動力服度過了3天。
沃爾什說,剛上身時這套服裝很難駕馭,但是經(jīng)過調(diào)整個別身體部位后,穿戴者能夠感受到它所帶來的好處。他說:“穿上它,你會感覺自己更有力量。脫下它,你會覺得少了這股勁。”
醫(yī)療
本田公司已開始向日本一些醫(yī)院出租100部“行走輔助設(shè)備”,觀察和檢驗這種產(chǎn)品在現(xiàn)實生活中的用處。本田的行走輔助設(shè)備經(jīng)過了長達14年的開發(fā),此外該公司還開發(fā)了一種體重支撐外骨骼,后者也在測試之中。
本田的外骨骼研發(fā)工作都是圍繞著該公司的阿西莫機器人展開的,這臺機器人主要是為研究人類行走開發(fā)的。據(jù)本田公司介紹,隨著過去10年,阿西莫機器人在不同環(huán)境下(斜坡、樓梯、山路等)的行走能力逐步提高,行走輔助設(shè)備在電腦的控制下可處理傳感器提供的信息,改善每條腿邁腿的對稱性,使步幅增大,讓行走更容易。
這種小巧的設(shè)備重量只有2.6公斤,已經(jīng)在日本6家醫(yī)院開始應(yīng)用。該公司計劃向50家醫(yī)院提供兩種型號的外骨骼,這項租借計劃也將對該公司的研究產(chǎn)生巨大的推動力。
挑戰(zhàn)
動力外骨骼的設(shè)計者們面臨的最大問題在于能源供給。現(xiàn)在的能源很少能為全身動力外骨骼提供超過幾小時以上的能量密度。
非充電原電池的能量密度更大,儲存的能量比可充電蓄電池更持久,但是這種電池經(jīng)常需要更換,運輸開支必不可少,而且還需要處理更換下來的電池??沙潆婋姵乜梢苑磸?fù)使用,但需要配置一個充電設(shè)備,而且充電時間越快越好。