外骨骼助力機器人。（受訪者供圖）
記者 張瀟
穿上神奇的“盔甲”，上天入地無所不能。這是漫威超級英雄“鋼鐵俠”的熒幕形象。這些電影中的高科技，正在一點一點走向現實。中國兵器工業集團西北機電工程研究所，日前對外發布其研制的“穿戴式外骨骼助力機器人”第二代樣機，讓人們能夠利用先進的機器人技術提高負重攜行與搬運能力。該所特種裝備研究室副主任、創新團隊帶頭人莫新民表示，樣機的功能與性能指標已接近或達到國際同類裝備技術水平。
新技術可讓人
“舉重若輕、健步如飛”
“穿戴式外骨骼助力機器人，是一款智能仿生、單人操作的軍民兩用多功能攜行助力系統。”莫新民告訴記者。從外觀來看，它就像套在人體外面的一件強壯、靈活的“鋼鐵外衣”；穿上后，在人的雙腿外側就會增加一副機械腿，把背部的大部分負重傳遞到地面，同時人的運動靈活性也不會受到太大的影響——負重50kg的行進速度能達到每小時4公里，與普通人正常走路的速度差不多。直白地說，新技術就是讓人可以“舉重若輕、健步如飛”。此外，它還能適應1.6m—1.9m的身高范圍，可連續工作4小時。穿戴也比較方便：自己穿需要約2分鐘，有人輔助40秒就能穿好，脫卸只需要30秒，并可折疊運輸。
“這項技術，一開始設想在戰場上使用。”莫新民說。原來，現代戰爭中，士兵攜帶的武器、彈藥、防護、通訊與補給裝備加起來已經超過了30kg，極大地影響了軍事行動的速度，士兵也很容易疲勞受傷。于是，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)在2000年提出了“增強人體機能的外骨骼(EHPA)”項目，資助的多家科研機構和軍工企業經過多年努力，在輕質高強度材料承載結構設計、輕小高效液壓驅動、運動意圖智能感知與協調控制方面取得了多項技術突破。后來，隨著外骨骼技術的軍民兩用價值被不斷發掘，很多國家紛紛加入到研究中進來，其中加拿大、澳大利亞、俄羅斯、英國、法國、土耳其的軍用研究做得較好，以色列、日本、韓國的民用研究做得比較好，不過綜合實力最強的還是美國。
和世界頂尖產品對比不相上下
“我們的研究2012年才從零起步，正式研發從2013年開始，經歷了原理樣機、初樣機、工程樣機三個階段。”莫新民說，“目前已完成了第二代工程樣機研制。相比第一代來說，系統更加輕量化，在應對復雜地形環境、隨機性任務時具有較好的靈活性。”“和世界頂尖產品對比，我們產品的功能、性能不相上下，但是在產業配套能力、應用開發經驗方面還有所欠缺。”莫新民坦陳，“雖然目前完成了下肢系統的研發，但是研發具有雙腿和雙臂的全身型外骨骼還需要解決一些問題，在成本、可靠性、可維修性、耐環境性等四個方面還需要進行一系列優化和提升。”
其實，外骨骼助力機器人的研發并不容易。系統既要承載重量又要輕便靈活，對機構和動力單元的設計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、步態千差萬別，動作隨意性很強，如何保證穿戴舒適性并快速準確地判斷出人體運動意圖，提供適時、有效、安全、可控的助力效果，是“一塊非常難啃的硬骨頭”。西北機電工程研究所團隊經過五年多的刻苦攻關，基本解決了關鍵技術問題，并且全部為團隊自主研發，擁有全部知識產權。
將率先研發
膝關節骨骼機器人
“外骨骼技術雖然來源于軍用，但實際上在民用領域用途更廣。”莫新民介紹，“交通行業可以幫助機場、車站工人搬運行李；物流行業能夠讓工人更好地在狹小空間分揀搬運零星物資；制造業可輔助裝配工人進行過肩作業、彎腰作業或下蹲作業，減少職業病發生幾率；應急搶險時，一些車輛無法通行的場合，可以用外骨骼機器人背負運送救災物資；對于殘疾人或是不便行走的老人，外骨骼機器人的市場就更大了……實際上，只要是需要人的四肢出力的工作，我們都可以考慮用外骨骼技術來輔助支撐和助力。”
“其實從去年底開始，我們開始進行了一些民用產品的研發。不僅工業市場，醫療市場需求更加旺盛，而且是剛需。”莫新民笑著說：“我們打算針對膝關節病人研發一款產品。因為膝關節病確實很多見，我母親就患有這種疾病，我周圍的很多同事也有過難受的經歷，我很想讓他們都能盡早用上產品。”
“民用產品必須做到簡單、高效、便宜和耐用，產品售價一定要讓普通百姓能夠接受，這是對團隊能力新的考驗，我們很愿意探探路！”莫新民很有信心地說。據他所述，今年7月份左右研究所將成立一家軍民融合的外骨骼科技公司，率先研發預防膝關節病和改善癥狀的外骨骼裝備，造福社會。
