外骨骼机器人在科幻电影中的精彩表现,赋予了角色超常的力量和能力,让科技与现实碰撞出绚丽的火花,提前展示其无限可能。例如,《钢铁侠》中的战甲让托尼·斯塔克成为英雄,《流浪地球》的动力装甲支持人类在极端环境下的生存与工作,而《异形2》中,蕾普莉借助“动力装载机”与怪物激战。这些虚构的外骨骼装置展示了人类通过机械装置突破生理限制的可能性。如今,外骨骼机器人正逐步走出科幻,成为改变人类生活的现实工具。
在泰山景区试用的肯綮科技VICX外骨骼机器人,仅重1.8公斤,采用人体工学设计和先进动力、电子及AI算法,能感知穿戴者下肢运动趋势并提供精准助力,一次充电可支持行走超5小时、行程约14公里,使爬山更加轻松。傲鲨智能也成果显著,2024年推出结合外骨骼与AI的“启元 TR1”机器人,以及多款“千元级外骨骼”产品,已拓展至全球17个国家地区市场。此外,傅利叶智能在康复外骨骼机器人领域持续发力,提升患者生活质量;北京理工大学研发的军用外骨骼减轻士兵负重、提升作战效能;上海大学在人机交互技术上取得突破,使外骨骼人机协作更自然流畅。这些进展不断推动外骨骼机器人技术迈向新高度,拓展其应用边界。
外骨骼机器人的定义与发展
外骨骼(Exoskeleton)一词源自生物学中昆虫和壳类动物的坚硬外壳,提供保护、补足与支撑,增强运动、防护和适应环境的能力。外骨骼机器人(Powered Exoskeleton)是一种穿戴式可移动装置,通过电机、传感器、控制系统等技术协作,增强或恢复人体运动能力。其起源可追溯到十八世纪,早期结构简陋,如1890年俄罗斯工程师尼古拉斯·亚根开发的辅助运动装置。到二十世纪六十年代,通用电气和美国武装部队共同开发的Hardiman装甲成为第一台真正与人类运动结合的“移动机器”,尽管因重量和传导结构问题失败,但为外骨骼发展奠定了基础。
现代技术突破:科幻走进现实
随着科技的飞速发展,材料科学、电子技术等领域的突破为外骨骼机器人注入强大动力。新型轻质高强度材料如碳纤维复合材料和钛合金大大减轻了使用者负担。同时,柔性材料和智能材料的研究推进了外骨骼的自然、舒适体验。现代电子技术使外骨骼机器人在感知、控制、驱动方面发展迅速,微处理器和人工智能技术的应用让外骨骼机器人具备“学习”和“适应”能力,能在不同场景下提供个性化康复训练方案和提高安全性。
多样化的外骨骼机器人
外骨骼机器人种类繁多,按特定部位分为上肢、下肢、全身三大类;按结构分为刚性和柔性两类;按给予用户帮助的类型分为主动和被动两类;按应用领域分为人体增强类和康复类。在医疗领域,外骨骼机器人为瘫痪患者带来重新行走的希望;在工程制造领域,减轻工人负担,提高生产效率;在军事领域,改变战争模式和士兵作战方式。
瘫痪患者的希望与力量升级
在医疗领域,外骨骼机器人为瘫痪患者带来重新行走的希望。以ReWalk为例,许多因脊髓损伤而瘫痪的患者在借助外骨骼机器人进行康复训练后取得显著效果。此外,外骨骼机器人在脑瘫儿童康复治疗中也有广泛应用。未来,外骨骼机器人可能通过神经再生技术和生物电刺激疗法实现更惊人的突破。在工程制造和军事领域,外骨骼机器人减轻工人负担、提高生产效率并改变战争模式。军事外骨骼机器人可能集超强力量、高机动性、自适应伪装于一体,大幅提升作战效能与生存能力。