日本最新研制“人造肌肉”外骨骼機(jī)械裝置

據(jù)英國新科學(xué)家雜志報道，一種輕重量外骨骼機(jī)械裝置可以使老年人自如活動，目前，英國《新科學(xué)家》雜志記者前往日本實驗室，親自體驗這種外骨骼機(jī)械裝置的神奇力量。這位記者對此次體驗進(jìn)行了描述：在日本東京市中心的一個科學(xué)實驗室里，聚集著許多大學(xué)生，他們都面帶笑容，顯得沉浸在新興科技所帶來的樂趣之中，他們觀看我如何試穿外骨骼機(jī)械裝置，并如何舉起40公斤的大米。

日本新型外骨骼機(jī)械裝置可輕松地舉起40公斤的重物

若是平時舉起這一重量的物體并非易事，但幸運的是借助這套裝置將賦予新的力量。我能夠推動一些箱子，并在專項研究學(xué)生Hideyuki Umehara的指導(dǎo)下蹲下身體。Umehara將一袋大米放在我伸展的手臂上，之后他按了一下我穿著的像帆布背包似的背包上的按鈕，我的臀部產(chǎn)生了向前的推進(jìn)力，我的腿部也逐漸伸直，直至我完全站立起來。

我進(jìn)行了第二次體驗，我舉起40公斤的大米袋子頗似人體機(jī)械鏟車，突然感到這袋大米竟輕如羽毛一樣。這將歸功于“人造肌肉”—— 在體驗之前Umehara安裝在我的背部，我感覺自己獲得了充分的動力。這套裝置通過填充性腰帶和背帶可安裝在臀部和肩部，延伸機(jī)械部分位于大腿外側(cè)，這套外骨骼機(jī)械裝置呈A形，是一個鋁框架結(jié)構(gòu)，袖筒可以在肘部和肩部關(guān)節(jié)處自由旋轉(zhuǎn)。

這套外骨骼機(jī)械裝置重量為9.2公斤，Umehara對安裝在背部的四個人造肌肉進(jìn)行充氣，從而使人們穿著這套機(jī)械裝置和舉起大米時感覺到?jīng)]有重量。

據(jù)悉，這套外骨骼機(jī)械裝置是日本東京理科大學(xué)小林寬司(Hiroshi Kobayashi)帶領(lǐng)研究小組最新設(shè)計的人工智能外骨骼系列之一，預(yù)計明年初進(jìn)行商業(yè)發(fā)布，這種可穿戴的機(jī)械裝置分為兩個型號：增強(qiáng)手臂和背部型，適用于商業(yè)領(lǐng)域要求舉起較重物體；輕重量醫(yī)護(hù)型，重量僅有5公斤，用于護(hù)理行業(yè)，例如：將病患者或者老年人從床上移動。

小林寬司研制的外骨骼機(jī)械裝置是最新型機(jī)械人造骨骼裝置，該產(chǎn)品的研究歷史可追溯至1965年通用電氣設(shè)計的“體能放大器”——Hardiman。此后幾十年里，科學(xué)家紛紛致力于研制士兵力量增強(qiáng)型裝置，或者用于幫助殘疾人群。其中不乏一些成功的例子，比如：Ekso仿生學(xué)公司研制的人類負(fù)重外骨骼，雷神公司研制的XOS2，目前它們在軍事領(lǐng)域仍進(jìn)行不斷地開發(fā)升級。

但是有許多機(jī)械外骨骼項目提前出現(xiàn)問題，或者推遲商業(yè)發(fā)布，其中多數(shù)是涉及到不具備產(chǎn)生有效安全驅(qū)動力，從而使多功能發(fā)動機(jī)實現(xiàn)流暢的動作。

小林寬司認(rèn)為他們所研制的外骨骼機(jī)械裝置則不同，它并沒有笨重的電子傳動裝置和液壓系統(tǒng)，而是采用了“充氣人造肌肉(PAMs)”，其輕重量、網(wǎng)格覆蓋的橡膠囊袋伴隨著空氣充入和排出可以收縮。小林寬司稱，充氣人造肌肉可釋放30公斤或者更多的即時支撐力，主要取決于該物體與身體的距離。其動力和重量比率是發(fā)動機(jī)驅(qū)動的外骨骼機(jī)械裝置的400倍。此外，充氣人造肌肉不像傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，它不受水和灰塵的影響。一個調(diào)節(jié)器基于微處理機(jī)釋放的信號可以有效控制輸出氣壓，它將與機(jī)械裝置中的一個加速傳感器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該傳感器可探測和響應(yīng)身體移動。

基于較高的動力和重量比率，該充氣人造肌肉裝置具有很大的優(yōu)勢，小林寬司指出，它的簡易控制源自大量模擬自然人體移動的預(yù)編程序，通過夾克的傳感器可觸發(fā)行走或者舉重，甚至更簡單的是，該裝置能對簡單的語音指令進(jìn)行響應(yīng)，例如：“開始”或者“停止”，以及身體加速移動。如果使用者起身站立或者移動時的速度慢于當(dāng)前加速度臨界值，該裝置則不會運行。一個簡單的刻度盤可以控制該裝置的移動速度，目前，這套外骨骼機(jī)械裝置出租一個月的價格為15000美元，據(jù)悉，日本醫(yī)療保險對于許多病例費用報銷比例在90%。

小林寬司在辦公室接受記者采訪時說：“許多年前我被外型超酷的機(jī)器人所深深吸引，但基本上它們很少實際應(yīng)用。我認(rèn)為我們研制的人造肌肉外骨骼機(jī)械裝置是世界上唯一真正實際的工具機(jī)器人。”

在日本掀起了一股外骨骼機(jī)械裝置的研制與開發(fā)的熱潮，很大程度上是由于這個國家快速增長的老齡化人口，預(yù)計2025年65歲以上的老年人口占總?cè)丝诘?0%以上。近期發(fā)布的科學(xué)和技術(shù)白皮書強(qiáng)調(diào)，日本政府需要在社會上投入使用大量的機(jī)器人裝置，當(dāng)前日益出現(xiàn)老年人照顧老年人的社會現(xiàn)象。

小林寬司指出，未來我們將試著研制一些較簡單的外骨骼機(jī)械裝置，它們沒有金屬袖筒來支撐手臂。它們將非常地輕，重量大約僅4公斤。此前我總認(rèn)為外骨骼機(jī)械裝置具有更多的科幻成分，但到目前，我僅認(rèn)為它只有一步之遙。