Popular science work
電影《流浪地球》海報 作者供圖
2019年上映的《流浪地球》因其突出的硬科幻實力，直到現在仍熱度不減。影片中，地球在經過木星軌道時，“流浪地球計劃”因全球發動機停擺而險遭折戟，穿戴特殊裝備的軍人開始全球救援。這種特殊裝備被稱為機械外骨骼，可以貼合人體曲線，通過及時迅速計算，精準地為四肢提供額外的能量，從而令穿戴者變得“力大無窮，健步如飛”。
看起來很科幻，然而這種設備已經悄悄地出現在我們身邊。2020年，上海街頭就出現了一名身穿機械外骨骼設備的外賣小哥，背著一摞外賣箱在街頭行走自如，不禁讓人感嘆科幻已走進了現實。
據報道，這套機械外骨骼設備是某外賣平臺推出的一款測試設備，用于輔助高峰時期外賣小哥售餐服務。設備最大能承受50公斤貨物，穿上它，外賣小哥彎腰、搬運等動作變得更輕松。
機械外骨骼又稱動力外骨骼，由鋼鐵框架構成，可以分上、下肢外骨骼，兩者同等重要，通常可以將兩者分開做研究。機械外骨骼主要包括控制系統、能源系統、聯接部分、動力輸出和執行部分。控制系統通過安裝在各部位的傳感器獲得人體各項數據，中央處理器負責各種傳感數據、計算調整機械外骨骼的姿態、動力輸出，從而與穿戴者共同完成一系列的動作。
機械外骨骼的研究可以追溯到上世紀60年代，當時通用電氣公司研制了一款名為“哈迪曼”的可佩戴單兵裝備，輔助雙手抓舉重物。從2015年開始，國內外對于外骨骼產品的研究發展迅速，許多國家著手深入研究機械外骨骼產品。
機械外骨骼根據應用領域和作用的不同，主要分為軍用機械外骨骼和民用機械外骨骼。
軍用機械外骨骼可以為作戰士兵提供外力支持，提升負載能力和機動性，并且支持下蹲、匍匐等多種復雜動作。有些軍用機械外骨骼甚至裝備了通信系統、武器系統。影片《流浪地球》中使用的就屬于軍用機械外骨骼。
在這個領域，中俄美日等國家均推出了自家的軍用機械外骨骼產品，其中以伯克利機器人和人體工程實驗室的BLEEX項目較為成熟。BLEEX由雙腿外骨骼、動力能源單元和可背負各種物品的框架組成，配備混合能量供給單元保證驅動能力強勁，用液壓系統驅動關節運動，電路采用高速同步網絡拓撲結構，保證數據采集、處理的實時性，能夠幫助穿戴者靈活地蹲、跨、走、跑，俯身鉆過障礙，以及上下坡。
民用機械外骨骼的應用場景也相當廣泛，不僅可以為行動不便的人群提供外力支持，在康復治療中輔助病人進行康復訓練，幫助殘疾人恢復自主行走的能力；也可以讓普通人承受更大負重，如減輕滑雪者膝蓋負擔的滑雪機械外骨骼，用于野外徒步、登山等場景的機械外骨骼等。
目前，隨著我國老齡化進程的加快和肢體殘障人員數量增多，機械外骨骼能夠幫助人們提高生活質量這一明顯優勢顯示出巨大的應用前景，相關的研究也在不斷深入。相信在不久的將來，機械外骨骼在推動人類社會進步、幫助人們節省體力、改善生活品質等方面會起到相當重要的作用。
來源：科普時報
