體外骨骼讓人類擺脫力量束縛

2021-09-04 10:42:10 字數 1877 閱讀 9762

有一種裝置能夠讓你力舉千斤而不怠,成為令人羨慕的「大力士」,你願意擁有嗎?

我說的是體外骨骼技術。之所以稱為體外骨骼,是因為這些機械骨骼不需要植入人體內,整套裝置通過腦電圖(eeg)捕獲裝置檢測病患大腦活動,並將這些腦訊號轉換成體外骨骼能夠「聽懂」的命令,促使體外骨骼作出正確的反應。

這是一種還在研究當中的技術,該技術能夠幫助普通人獲得異於常人的力量,還能有助於脊髓損傷患者、中風患者或多發性硬化症和大腦性麻痺患者進行器官恢復。

讓我們通過2家體外骨骼生產企業來進一步了解體外骨骼技術。

體外骨骼生產商hulc

hulc,是美國洛克希德·馬丁公司(lockheed martin)旗下的伯克利仿生科技公司(berkeley bionics)開發的軍用動力外骨骼。他們的目標是「讓士兵在戰鬥中能夠額外攜帶200磅的負重,並以10英里每小時的速度高速行進」。hulc先進的機械人外骨骼,旨在增強士兵的力量和耐力以及減少運輸負荷造成的受傷。

工作原理

hulc本質上是乙個由電池驅動的外骨骼。主要的結構集中在下身,在胯關節和膝關節處都有液壓元件。200磅的負載通過配置可選的承載部件搭載,把重量均勻分散在外骨骼上,不需要穿戴者來承重。hulc的體積並不大,平時可以收納在乙個很小的拉桿箱裡,士兵在穿著它的時候,只需要把腳踩在托盤上,固定好大腿、腰部和肩部的繫帶,hulc的感應器就會自動偵測穿戴者的行動意圖,然後驅動液壓元件做出相應的動作,保證hulc的動作與穿戴者的動作一致。

試驗功能

試驗顯示,穿上hulc後能夠明顯降低人體對氧氣的消耗量。據統計,在試驗人員穿戴上hulc並揹負36.7千克重的物資以每小時3.2公里的速度行進時,其對氧氣的消耗量量可比不穿hulc時減少大約15%。而對氧氣的消耗量增大,會比較容易導致疲勞。

hulc動力源為兩塊總重量3.6千克的鋰聚合物電池。在一次充滿電後,hulc可保證穿著者以4.8公里/小時的速度揹負90千克重物持續行進乙個小時。而穿著hulc的衝刺速度則可達到16公里/小時。

洛克西德·馬丁公司表示hulc的靈活性非常強,穿戴它的士兵可以輕鬆地奔跑、行走、下跪、深蹲、匍匐,不會有任何的不便。而且驅動hulc的燃油發電機重量很輕,完全可以由hulc自身揹負,加滿燃油的hulc可以連續行進24小時,足以勝任一般的戰鬥任務。

後續研發

目前,hulc的主要定位是戰鬥輔助系統。在它的幫助下,士兵可以輕鬆愉快地舉起大口徑炮彈之類沉重的物品,在複雜地形下使用重型**,從而極大地提高作戰效率。而洛克西德·馬丁還表示,考慮到hulc的承載能力遠遠超過普通人類,他們將會以hulc的骨架為基本架構,為其增加防護裝甲和各種感測器,從而打造一種全新的、以城市和山野等複雜地形為主要戰場的新型單兵裝備。

洛克希德·馬丁公司目前還在不斷地改進這種hulc系統,以使美國士兵起碼可以負載約100千克的重物,提高他們有效完成任務的能力。

體外骨骼生產商筑波cyberdyne公司

日本筑波大學cybernics實驗室的科學家和工程師們,研製出了世界上第一種商業外骨骼機械人(hybrid assistive leg,hal),準確地說,是自動化機械人腿:「混合輔助腿」。這種裝置能幫助殘疾人以每小時4公里的速度行走,毫不費力地爬樓梯,hal機器腿的運動完全由使用者通過自動控制器來控制,不需要任何操縱台或外部控制裝置。hal由背囊、內裝計算機和電池的一組感應控制裝置、4個電傳裝置(對應分布在髖關節和膝關節兩側)組成。這種幫助人行走的外骨骼動力輔助系統,配備較多的感測器,如角辨向器、肌電感測器、地面感測器等,所有動力驅動、測量系統、計算機、無線網路和動力**裝置都裝在揹包中,電池掛在腰部,是乙個可佩戴的混合控制系統,根據生理反饋和前饋原理研製的動力輔助控制器可以調整人的姿態,使其感到舒適。

日本科學家為研製這種外骨骼機械人,綜合運用了各種科學技術,如控制論、機械電子學、生物學、醫學、資訊學、電子學、物理學、數學等。

體外骨骼,除開其在醫學上的應用之外,何璽更看好其在人類日常生活中的前景,它將讓人類擺脫力量束縛,將科幻變為現實。

值得期待!

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