穿上神奇的“盔甲”，上天入地?zé)o所不能。這是漫威超級英雄“鋼鐵俠”的熒幕形象。這些電影中的高科技，正在一點一點走向現(xiàn)實。中國兵器工業(yè)集團西北機電工程研究所，日前對外發(fā)布其研制的“穿戴式外骨骼助力機器人”第二代樣機，讓人們能夠利用先進的機器人技術(shù)提高負重攜行與搬運能力。該所特種裝備研究室副主任、創(chuàng)新團隊帶頭人莫新民表示，樣機的功能與性能指標已接近或達到國際同類裝備技術(shù)水平。
新技術(shù)可讓人
“舉重若輕、健步如飛”
“穿戴式外骨骼助力機器人，是一款智能仿生、單人操作的軍民兩用多功能攜行助力系統(tǒng)。”莫新民告訴記者。從外觀來看，它就像套在人體外面的一件強壯、靈活的“鋼鐵外衣”；穿上后，在人的雙腿外側(cè)就會增加一副機械腿，把背部的大部分負重傳遞到地面，同時人的運動靈活性也不會受到太大的影響——負重50kg的行進速度能達到每小時4公里，與普通人正常走路的速度差不多。直白地說，新技術(shù)就是讓人可以“舉重若輕、健步如飛”。此外，它還能適應(yīng)1.6m—1.9m的身高范圍，可連續(xù)工作4小時。穿戴也比較方便：自己穿需要約2分鐘，有人輔助40秒就能穿好，脫卸只需要30秒，并可折疊運輸。
“這項技術(shù)，一開始設(shè)想在戰(zhàn)場上使用。”莫新民說。原來，現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，士兵攜帶的武器、彈藥、防護、通訊與補給裝備加起來已經(jīng)超過了30kg，極大地影響了軍事行動的速度，士兵也很容易疲勞受傷。于是，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）在2000年提出了“增強人體機能的外骨骼（EHPA）”項目，資助的多家科研機構(gòu)和軍工企業(yè)經(jīng)過多年努力，在輕質(zhì)高強度材料承載結(jié)構(gòu)設(shè)計、輕小高效液壓驅(qū)動、運動意圖智能感知與協(xié)調(diào)控制方面取得了多項技術(shù)突破。后來，隨著外骨骼技術(shù)的軍民兩用價值被不斷發(fā)掘，很多國家紛紛加入到研究中進來，其中加拿大、澳大利亞、俄羅斯、英國、法國、土耳其的軍用研究做得較好，以色列、日本、韓國的民用研究做得比較好，不過綜合實力最強的還是美國。
和世界頂尖產(chǎn)品對比不相上下
“我們的研究2012年才從零起步，正式研發(fā)從2013年開始，經(jīng)歷了原理樣機、初樣機、工程樣機三個階段。”莫新民說，“目前已完成了第二代工程樣機研制。相比第一代來說，系統(tǒng)更加輕量化，在應(yīng)對復(fù)雜地形環(huán)境、隨機性任務(wù)時具有較好的靈活性。”“和世界頂尖產(chǎn)品對比，我們產(chǎn)品的功能、性能不相上下，但是在產(chǎn)業(yè)配套能力、應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗方面還有所欠缺。”莫新民坦陳，“雖然目前完成了下肢系統(tǒng)的研發(fā)，但是研發(fā)具有雙腿和雙臂的全身型外骨骼還需要解決一些問題，在成本、可靠性、可維修性、耐環(huán)境性等四個方面還需要進行一系列優(yōu)化和提升。”
其實，外骨骼助力機器人的研發(fā)并不容易。系統(tǒng)既要承載重量又要輕便靈活，對機構(gòu)和動力單元的設(shè)計提出了近乎苛刻的要求；再加上它是穿在人身上使用的，而人的身材、步態(tài)千差萬別，動作隨意性很強，如何保證穿戴舒適性并快速準確地判斷出人體運動意圖，提供適時、有效、安全、可控的助力效果，是“一塊非常難啃的硬骨頭”。西北機電工程研究所團隊經(jīng)過五年多的刻苦攻關(guān)，基本解決了關(guān)鍵技術(shù)問題，并且全部為團隊自主研發(fā)，擁有全部知識產(chǎn)權(quán)。
將率先研發(fā)
膝關(guān)節(jié)骨骼機器人
“外骨骼技術(shù)雖然來源于軍用，但實際上在民用領(lǐng)域用途更廣。”莫新民介紹，“交通行業(yè)可以幫助機場、車站工人搬運行李；物流行業(yè)能夠讓工人更好地在狹小空間分揀搬運零星物資；制造業(yè)可輔助裝配工人進行過肩作業(yè)、彎腰作業(yè)或下蹲作業(yè)，減少職業(yè)病發(fā)生幾率；應(yīng)急搶險時，一些車輛無法通行的場合，可以用外骨骼機器人背負運送救災(zāi)物資；對于殘疾人或是不便行走的老人，外骨骼機器人的市場就更大了……實際上，只要是需要人的四肢出力的工作，我們都可以考慮用外骨骼技術(shù)來輔助支撐和助力。”
“其實從去年底開始，我們開始進行了一些民用產(chǎn)品的研發(fā)。不僅工業(yè)市場，醫(yī)療市場需求更加旺盛，而且是剛需。”莫新民笑著說：“我們打算針對膝關(guān)節(jié)病人研發(fā)一款產(chǎn)品。因為膝關(guān)節(jié)病確實很多見，我母親就患有這種疾病，我周圍的很多同事也有過難受的經(jīng)歷，我很想讓他們都能盡早用上產(chǎn)品。”
“民用產(chǎn)品必須做到簡單、高效、便宜和耐用，產(chǎn)品售價一定要讓普通百姓能夠接受，這是對團隊能力新的考驗，我們很愿意探探路！”莫新民很有信心地說。據(jù)他所述，今年7月份左右研究所將成立一家軍民融合的外骨骼科技公司，率先研發(fā)預(yù)防膝關(guān)節(jié)病和改善癥狀的外骨骼裝備，造福社會。
