“轻松多了!”初春时节,在黄山、泰山等风景区,不少游客穿戴起“登山神器”,感受科技助力。这种曾经在科幻电影中出现的“未来装备”,正在让更多人拥有“超能力”。
科技改变生活
让登山“如履平地”
“最大的感受就是省力。”3月中旬,前往安徽齐云山旅游的南京游客俞凡和记者分享了他使用外骨骼装备后的感受。“我之前膝盖受过伤,爬山或者上楼梯久了之后不适感明显,有了外骨骼装备后,上山就没那么累了,能够感觉到装备往上的拉力。”
俞凡告诉记者,他所使用的这款外骨骼装备的重量不到6斤,属于书包背带式。能够有效地分散承重,背在身上没太大的感觉。
当使用者背上产品背带后,背后有一个边长大约为13厘米的小盒子,在胯骨两侧分别是两个圆形的外置物,它们是核心驱动电机,与捆绑在大腿下部的绑带连接。
该装备生产商、迈步机器人长三角区域负责人左宗胜告诉记者,使用者背后的小盒子里就是外骨骼装备的“大脑”,内置高精度传感器,能够实时捕捉使用者重心变化和运动趋势,调整平地模式和上下楼梯模式,充满电后可以运行3小时左右。在为使用者助力的同时,装备还可以同步记录步行频率、髋关节运动曲线等信息。“目前,产品已经在多家景区和养老机构推广使用,销售前景良好。”
在景区内,还有更多种类的外骨骼产品可供游客试用。位于苏州的迈宝科技推出的外骨骼装备看上去更小巧。“我们的产品与外裤相结合,核心模块是可以拆卸的,装备重量不到4斤。”迈宝智能科技(苏州)有限公司CTO林西川博士告诉记者,可穿戴智能关节由企业自主研发,在需要助力的时候装上就可以,穿戴更方便。
这些高科技“神器”不仅能帮助游客轻松登山,也能助力景区环卫保洁、物资运送等一线工作。
未来将更轻便更灵敏
“章鱼博士”梦想成真
在电影《蜘蛛侠2》中,“章鱼博士”可以靠意念来控制四只机械手,战斗力超群;《流浪地球》中,未来战士运用外骨骼装备运送燃料……电影的大胆想象映射着人类对拥有“钢铁侠”般强大身体的渴望,也激励着科研人员大胆创新,攻克难关。
随着梦想照进现实,在实验室内,用于人体增强类和康复类的两种外骨骼“新生代”们正在进行升级研发中,为了更好地拟人和适应人类“苦练技能”,提高“学习”和“适应”能力。
走进南京理工大学智能机器人实验室,记者看到,不同款式的针对人体脊椎、腰椎、膝盖的外骨骼装备陈列在假人模特的身上。“别看它们现在有些笨拙,是因为它们仍然在工程研发阶段。当真正穿上它们之后,普通人也能变身‘大力士’,轻松背负重物和上下楼梯。”南京理工大学机械工程学院副教授杨小龙告诉记者。
团队的研究生方奕枭为记者穿戴了其中一款可以同时助力上下阶梯和搬运重物的外骨骼装备。“你看,我的活动完全不受限制。”说话间,方奕枭开始全方位活动四肢和关节。他给记者讲述了“操练”外骨骼装备的细节:“在实验数据的基础上,我们也会真人试穿,在实验室里的跑步机上运动和搬运重物时,会有高速摄像机记录数据并分析,方便性能改进,让它们更灵活、能够提供更大的负重能力。”
“人机运动相容性好,即穿戴以后不会对人体原本正常的运动造成阻碍是这款产品的优势。”杨小龙介绍,为了让使用者更轻松,他们在腰部并联机构内部设置了弹簧,当人在弯腰时,储存的弹性势能在起身时就转化为动能,能够降低人体弯腰起身动作造成的肌肉劳损。为了让它更聪明地“读懂”使用者的意图,他们设计了多种针对搬运动作阶段的识别算法。“实验数据显示,在搬运重物条件下,穿戴外骨骼可以降低腰部肌肉负荷8%,搬运重物引起的肌肉负荷减小程度可达60%。不久的将来,这款产品将进行产业化验证与用户实测,推进多场景应用落地。”
“我们正在升级一款帮助腿脚不便的老年人日常出行的产品。通过模仿章鱼分布式神经控制的原理,模拟出生物神经系统的自适应能力,让外骨骼装备能适应多种路面场景,具备地形预测与步态规划能力。”在江南大学,机械工程学院的宋智功教授团队正在将上肢外骨骼装备与具身智能算法融合。“我们的设备已经接入DeepSeek。下一步,团队将和无锡市第九人民医院共同研发用于康复的外骨骼设备。”
相比较助力腰椎和下肢,针对上肢和手部的外骨骼装备更具挑战性。“我们也有外骨骼装备正在‘学习’人类的上肢动作。要知道,即使是手指最简单的抓握动作,对于外骨骼来说都是精细动作,难度更大。”宋智功说。
在提高产品效能之外,更多的外骨骼装备还需要让自己“瘦身”,变得更轻便。“产品重量越轻,就意味着使用者在长期佩戴时会更加舒适,这也要求产品的集成化程度更高。”林西川透露,目前企业正在研发更加智能化的关节,未来除了膝关节外,人的肩关节、踝关节等同样适用。
“钢铁侠”走进现实
还需更加“努力学习”
虽然外骨骼装备在旅游景区首先“出圈”,但人们更关注的还是这样的产品何时从户外走向家庭。国内已经有多家公司抢先布局这一赛道,比如,上海生物傅利叶、傲鲨智能等公司也已在外骨骼机器人领域深耕多年。近日,杭州智元研究院负责人任敬伟透露,该公司的髋部助行外骨骼设备即将于下月初正式发布,价格不会超过万元。
这股热潮背后是坚实的政策支撑。早在2022年2月国务院印发的《“十四五”国家老龄事业发展和养老服务体系规划》中就提出,加快人工智能、脑科学、虚拟现实、可穿戴等新技术在健康促进类康复辅助器具中的集成应用,发展外骨骼康复训练等康复辅助器具。2024年印发的《江苏省机器人产业创新发展行动方案》中明确指出,将加快推进我省机器人产业高质量发展。到2027年,服务机器人和特种机器人将在家政服务、养老助残、医疗康复、教育娱乐、维护巡检、安全应急等领域实现广泛应用。
“想象一下,不久以后,上肢外骨骼能够帮助手部无力者握持厨具,完成切菜、端锅等动作;仓储机器人结合外骨骼技术,实现人机协作分拣;在医院,脊髓损伤患者可以通过神经接口外骨骼重新站立行走;儿童脑瘫康复训练中,外骨骼装备能够提供动态矫正支持……”在南京理工大学教授王禹林看来,未来外骨骼装备不仅要有更聪明的大脑和灵活的关节,还要连通脑机接口、AI眼镜等硬件设备,更“善解人意”。
“产业前景明朗,外骨骼装备的发展需要更多上下游产业链的支撑。因此,我们希望培养更多机器人工程、机械电子、自动控制、人工智能等多学科交叉的拔尖创新人才,贯穿外骨骼装备乃至各类机器人产业链的设计、感知、控制、测试全过程。”王禹林透露,目前,南京理工大学依托现有的多个校企合作平台,深度产教融合,已经开展了一系列智能机器人相关的理论和实验实践课程,外骨骼装备等各类机器人的体验和互动环节已越来越多地融入本科生课堂。
“随着关键核心技术的发展,我们也期待着产业拥有更开源的生态,让外骨骼装备有良好的产业生态,早日给人类带来更多‘超能力’,成为‘人体的延伸器官’。” 宋智功表示,在他看来,人体206块骨骼互相协作配合完成大脑指令,背后是一套无比精巧的系统。对于“钢铁侠”来说,学习人类本领、人机共生还有很长的路要走。
记者 叶真