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第242期  总第6148期  2022年05月09日  星期一
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可穿戴的黑科技——机械外骨骼
来源:本站原创 作者:admin 发布日期:2022-05-09 10:57:09

在今年的北京冬残奥会火炬传递中,有两位女火炬手有些特别——她们一位借用机械手,一位借用下肢助力外骨骼,完成了火炬传递。这种机械装置,就是可穿戴的黑科技——机械外骨骼。我们常常能在《钢铁侠》《流浪地球》等科幻片中看到这种酷炫的未来装备,实际上,机械外骨骼已经悄然步入现实。

 

从漫画走进现实


外骨骼,指的是直接暴露在外的骨骼,比如说虾、蟹体表层坚硬的壳,它能对虾、蟹起到保护和支撑作用。


机械外骨骼装备,则是一种由钢铁框架构成的,可以穿戴在人身上,能对人类起到一定辅助作用的特殊装甲,又称动力外骨骼。


20世纪60年代美国漫画角色“钢铁侠”的战衣,就是机械外骨骼的典范。“钢铁侠”身穿动力钢甲,速度超过喷气飞机,可举起1000吨重物。这样的未来装备,让人大为惊叹。


与“钢铁侠”同时期,美国通用电气和康奈尔大学研制了一款名为“哈迪曼”的可佩戴单兵装备。这是世界上第一套真正意义上的“外骨骼装甲”。它包含了30多个关节,能将人的力量放大25倍,举110公斤的重物就像拎起一袋苹果一样简单。但“哈迪曼”只能代替人的一只手,且由于技术的限制,未能广泛应用。


20世纪末期,计算机的出现给机械外骨骼的研究带来了曙光。从2015年开始,国内外对机械外骨骼的研究发展迅速,许多国家着手深入研究机械外骨骼产品,投入资金使其商业化。机械外骨骼不再局限于实验室,而是从漫画走进了现实。

 

功能强大,应用广泛


电影中“钢铁侠”的战衣一代代升级,现实中机械外骨骼也不断更新迭代,逐步融合了传感、控制、信息、融合、移动计算等技术,与初代机械外骨骼相比更灵活、更舒适、更智能,功能也更强大。它覆盖军事合作、医疗康复、灾场救助、工厂制造等场景,在军事、工业、医疗等领域内展现出独特的价值。


在军事上,机械外骨骼可以为作战士兵提供外力支持,提升负载能力和机动性,并且支持下蹲、匍匐等多种复杂动作,有些甚至装备了通信系统、武器系统。2020年,我国国产的单兵外骨骼设备投入使用。数据显示,它的总重量不到5公斤,穿戴后人体最大承重可达70公斤。并且它的穿戴也很方便,快速佩戴时间不到两分钟,快速释放时间不到30秒。


在生活中,机械外骨骼不仅可以为行动不便的人群提供外力支持,在康复治疗中辅助患者进行康复训练,还可以作为肢体残障人士的新“肢体”,让残障人士重新获得自由行走、抓握等能力,为他们能像健全人一样正常生活带来希望。


2021年,一名网络用户拍摄了她借助机械外骨骼尝试行走的视频,自述12年前被医生宣告终身瘫痪,那时她只能依靠站立床辅助站立,直到开始试用下肢外骨骼,再次体验了久违的自主行走的感觉。


机械外骨骼还被广泛应用于工业物流等方面。自2017年起,福特汽车公司在美国两家工厂测试新的工业外骨骼设备,以降低长期重复作业对工人造成的身体损伤,一年后扩大至福特在全球的15个地区工厂。2020年,在上海街头,一名外卖小哥穿着酷炫的机械外骨骼,一人背负100斤的外卖箱,健步如飞,甚至可以流畅地上下楼梯。

 

前进路上难题多


目前,机械外骨骼的研究已经进入爆发期,应用前景很广阔。但理想很丰满,现实很残酷,机械外骨骼的前进路上还有诸多难题需要解决,比如续航问题和高昂的成本问题。


如果没有电,机械外骨骼和一堆废铁也没什么分别。但是,目前绝大多数机械外骨骼产品的续航能力远远达不到24小时的使用要求。受到续航能力影响,使用者的活动范围将被限制在固定电源补充点附近,这对战场运作和户外搜救而言是极其致命的缺陷。


另外,高昂的成本也是机械外骨骼大规模普及应用的绊脚石。受硬件生产成本和相关技术的制约,自问世后,机械外骨骼的价格一直居高不下,个人难以承受。目前,大部分机械外骨骼公司的销售目标只能集中在大型康复中心、医院或是工厂。

 

【E学课堂】

 

酷炫的机械外骨骼让人惊叹,不过你知道吗,在脊椎动物中,各种各样的外骨骼非常常见。其中,只有节肢动物的外骨骼能真正发挥攻击和防御功能,比如甲虫的外骨骼经过时间的打磨,已进化成一种奇特的武器。快来扫码了解一下吧!

 

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