体外骨骼让人类摆脱力量束缚

何玺 原创 | 2013-05-29 09:44 | 收藏 | 投票

 

有一种设备能够让你力举千斤而不怠,成为令人羡慕的“大力士”,你愿意拥有吗?
 
我说的是体外骨骼技术。之所以称为体外骨骼,是因为这些机械骨骼不需要植入人体内,整套设备通过脑电图(EEG)捕获装置检测病患大脑活动,并将这些脑信号转换成体外骨骼能够“听懂”的命令,促使体外骨骼作出正确的反应。
 
这是一种还在研究当中的技术,该技术能够帮助普通人获得异于常人的力量,还能有助于脊髓损伤患者、中风患者或多发性硬化症和大脑性麻痹患者进行器官恢复。
 
让我们通过2家体外骨骼生产企业来进一步了解体外骨骼技术。
 
体外骨骼生产商HULC
 
HULC,是美国洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)旗下的伯克利仿生科技公司(Berkeley bionics)开发的军用动力外骨骼。他们的目标是“让士兵在战斗中能够额外携带200磅的负重,并以10英里每小时的速度高速行进”。HULC先进的机器人外骨骼,旨在增强士兵的力量和耐力以及减少运输负荷造成的受伤。
 
工作原理
 
HULC本质上是一个由电池驱动的外骨骼。主要的结构集中在下身,在胯关节和膝关节处都有液压组件。200磅的负载通过配置可选的承载部件搭载,把重量均匀分散在外骨骼上,不需要穿戴者来承重。HULC的体积并不大,平时可以收纳在一个很小的拉杆箱里,士兵在穿着它的时候,只需要把脚踩在托盘上,固定好大腿、腰部和肩部的系带,HULC的感应器就会自动侦测穿戴者的行动意图,然后驱动液压组件做出相应的动作,保证HULC的动作与穿戴者的动作一致。
 
试验功能
 
试验显示,穿上HULC后能够明显降低人体对氧气的消耗量。据统计,在试验人员穿戴上HULC并背负36.7千克重的物资以每小时3.2公里的速度行进时,其对氧气的消耗量量可比不穿HULC时减少大约15%。而对氧气的消耗量增大,会比较容易导致疲劳。
 
HULC动力源为两块总重量3.6千克的锂聚合物电池。在一次充满电后,HULC可保证穿着者以4.8公里/小时的速度背负90千克重物持续行进一个小时。而穿着HULC的冲刺速度则可达到16公里/小时。
 
洛克西德·马丁公司表示HULC的灵活性非常强,穿戴它的士兵可以轻松地奔跑、行走、下跪、深蹲、匍匐,不会有任何的不便。而且驱动HULC的燃油发电机重量很轻,完全可以由HULC自身背负,加满燃油的HULC可以连续行进24小时,足以胜任一般的战斗任务。
 
后续研发
 
目前,HULC的主要定位是战斗辅助系统。在它的帮助下,士兵可以轻松愉快地举起大口径炮弹之类沉重的物品,在复杂地形下使用重型武器,从而极大地提高作战效率。而洛克西德·马丁还表示,考虑到HULC的承载能力远远超过普通人类,他们将会以HULC的骨架为基本架构,为其增加防护装甲和各种传感器,从而打造一种全新的、以城市和山野等复杂地形为主要战场的新型单兵装备。
 
洛克希德·马丁公司目前还在不断地改进这种HULC系统,以使美国士兵起码可以负载约100千克的重物,提高他们有效完成任务的能力。
 
体外骨骼生产商筑波Cyberdyne公司
 
日本筑波大学Cybernics实验室的科学家和工程师们,研制出了世界上第一种商业外骨骼机器人(Hybrid Assistive Leg,HAL),准确地说,是自动化机器人腿:“混合辅助腿”。这种装置能帮助残疾人以每小时4公里的速度行走,毫不费力地爬楼梯,HAL机器腿的运动完全由使用者通过自动控制器来控制,不需要任何操纵台或外部控制设备。HAL由背囊、内装计算机和电池的一组感应控制设备、4个电传装置(对应分布在髋关节和膝关节两侧)组成。这种帮助人行走的外骨骼动力辅助系统,配备较多的传感器,如角辨向器、肌电传感器、地面传感器等,所有动力驱动、测量系统、计算机、无线网络和动力供应设备都装在背包中,电池挂在腰部,是一个可佩戴的混合控制系统,根据生理反馈和前馈原理研制的动力辅助控制器可以调整人的姿态,使其感到舒适。
 
日本科学家为研制这种外骨骼机器人,综合运用了各种科学技术,如控制论、机械电子学、生物学、医学、信息学、电子学、物理学、数学等。
 
体外骨骼,除开其在医学上的应用之外,何玺更看好其在人类日常生活中的前景,它将让人类摆脱力量束缚,将科幻变为现实。
 
值得期待!
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