穿上即刻变身“钢铁侠” 西安科学家研发“外骨骼机器人”
外骨骼助力机器人。（受访者供图）
记者 张潇
穿上神奇的“盔甲”，上天入地无所不能。这是漫威超级英雄“钢铁侠”的荧幕形象。这些电影中的高科技，正在一点一点走向现实。中国兵器工业集团西北机电工程研究所，日前对外发布其研制的“穿戴式外骨骼助力机器人”第二代样机，让人们能够利用先进的机器人技术提高负重携行与搬运能力。该所特种装备研究室副主任、创新团队带头人莫新民表示，样机的功能与性能指标已接近或达到国际同类装备技术水平。
新技术可让人
“举重若轻、健步如飞”
“穿戴式外骨骼助力机器人，是一款智能仿生、单人操作的军民两用多功能携行助力系统。”莫新民告诉记者。从外观来看，它就像套在人体外面的一件强壮、灵活的“钢铁外衣”；穿上后，在人的双腿外侧就会增加一副机械腿，把背部的大部分负重传递到地面，同时人的运动灵活性也不会受到太大的影响——负重50kg的行进速度能达到每小时4公里，与普通人正常走路的速度差不多。直白地说，新技术就是让人可以“举重若轻、健步如飞”。此外，它还能适应1.6m—1.9m的身高范围，可连续工作4小时。穿戴也比较方便：自己穿需要约2分钟，有人辅助40秒就能穿好，脱卸只需要30秒，并可折叠运输。
“这项技术，一开始设想在战场上使用。”莫新民说。原来，现代战争中，士兵携带的武器、弹药、防护、通讯与补给装备加起来已经超过了30kg，极大地影响了军事行动的速度，士兵也很容易疲劳受伤。于是，美国国防部高级研究计划局(DARPA)在2000年提出了“增强人体机能的外骨骼(EHPA)”项目，资助的多家科研机构和军工企业经过多年努力，在轻质高强度材料承载结构设计、轻小高效液压驱动、运动意图智能感知与协调控制方面取得了多项技术突破。后来，随着外骨骼技术的军民两用价值被不断发掘，很多国家纷纷加入到研究中进来，其中加拿大、澳大利亚、俄罗斯、英国、法国、土耳其的军用研究做得较好，以色列、日本、韩国的民用研究做得比较好，不过综合实力最强的还是美国。
和世界顶尖产品对比不相上下
“我们的研究2012年才从零起步，正式研发从2013年开始，经历了原理样机、初样机、工程样机三个阶段。”莫新民说，“目前已完成了第二代工程样机研制。相比第一代来说，系统更加轻量化，在应对复杂地形环境、随机性任务时具有较好的灵活性。”“和世界顶尖产品对比，我们产品的功能、性能不相上下，但是在产业配套能力、应用开发经验方面还有所欠缺。”莫新民坦陈，“虽然目前完成了下肢系统的研发，但是研发具有双腿和双臂的全身型外骨骼还需要解决一些问题，在成本、可靠性、可维修性、耐环境性等四个方面还需要进行一系列优化和提升。”
其实，外骨骼助力机器人的研发并不容易。系统既要承载重量又要轻便灵活，对机构和动力单元的设计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、步态千差万别，动作随意性很强，如何保证穿戴舒适性并快速准确地判断出人体运动意图，提供适时、有效、安全、可控的助力效果，是“一块非常难啃的硬骨头”。西北机电工程研究所团队经过五年多的刻苦攻关，基本解决了关键技术问题，并且全部为团队自主研发，拥有全部知识产权。
将率先研发
膝关节骨骼机器人
“外骨骼技术虽然来源于军用，但实际上在民用领域用途更广。”莫新民介绍，“交通行业可以帮助机场、车站工人搬运行李；物流行业能够让工人更好地在狭小空间分拣搬运零星物资；制造业可辅助装配工人进行过肩作业、弯腰作业或下蹲作业，减少职业病发生几率；应急抢险时，一些车辆无法通行的场合，可以用外骨骼机器人背负运送救灾物资；对于残疾人或是不便行走的老人，外骨骼机器人的市场就更大了……实际上，只要是需要人的四肢出力的工作，我们都可以考虑用外骨骼技术来辅助支撑和助力。”
“其实从去年底开始，我们开始进行了一些民用产品的研发。不仅工业市场，医疗市场需求更加旺盛，而且是刚需。”莫新民笑着说：“我们打算针对膝关节病人研发一款产品。因为膝关节病确实很多见，我母亲就患有这种疾病，我周围的很多同事也有过难受的经历，我很想让他们都能尽早用上产品。”
“民用产品必须做到简单、高效、便宜和耐用，产品售价一定要让普通百姓能够接受，这是对团队能力新的考验，我们很愿意探探路！”莫新民很有信心地说。据他所述，今年7月份左右研究所将成立一家军民融合的外骨骼科技公司，率先研发预防膝关节病和改善症状的外骨骼装备，造福社会。
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