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| 本文作者： SpaceH宮勐 | 2015-01-14 18:21 |
雷鋒網(wǎng)按：目前可穿戴設(shè)備和智能硬件多半都還停留在概念和名不副實(shí)的困境中。但如果可穿戴助力設(shè)備達(dá)到基本可用，且成本可控，則在生產(chǎn)和生活領(lǐng)域會(huì)呈現(xiàn)出巨大的需求，這一點(diǎn)無論是缺乏勞動(dòng)力的日本，和人口日趨老齡化的中國，都是非常明顯的一種可預(yù)期未來。那么可穿戴助力設(shè)備，是否可能成為下一個(gè)真正引爆可穿戴設(shè)備的領(lǐng)域？
在Marvel的世界里，托尼-斯塔克穿著動(dòng)力外骨骼系統(tǒng)（可穿戴助力系統(tǒng)），泡妞打怪拯救世界。強(qiáng)大的性能和拉風(fēng)的外形，讓技術(shù)宅們口水止不住的流下來。
外骨骼Exoskeleton是一個(gè)生物學(xué)領(lǐng)域使用的詞，節(jié)肢類動(dòng)物如蝦的表層一般有一層硬殼，起到了支撐和保護(hù)內(nèi)部柔軟組織的作用。早在1890年，發(fā)明家們注意到這點(diǎn)，并設(shè)想人類也能穿上類似的設(shè)備來增強(qiáng)自身，這也許是最早的智能可穿戴設(shè)備的設(shè)想之一了。
當(dāng)前可穿戴設(shè)備的概念越炒越熱，但能引爆市場的產(chǎn)品卻不多，更多的產(chǎn)品停留在概念和摸索的階段。如果說手環(huán)、手表、眼鏡這樣的可穿戴外設(shè)是錦上添花，那么助力系統(tǒng)對于用戶來說無異于雪中送炭。無論是應(yīng)對殘疾、解決老齡化下勞動(dòng)力效率問題、還是作為單兵武器加強(qiáng)國防，這樣的系統(tǒng)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
百年來人類對于鋼鐵俠的夢想從未停滯，動(dòng)力外骨骼系統(tǒng)出現(xiàn)在無數(shù)的科幻電影和游戲大作中。1960年，GE公司就開發(fā)出原型機(jī)Hardiman，設(shè)計(jì)上可以讓人輕松舉起150KG的重物。但它本身超過650KG的自重讓GE的高層眼睛都沒眨直接放棄這個(gè)計(jì)劃。隨著技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的創(chuàng)業(yè)公司加入到了可穿戴助力系統(tǒng)的研發(fā)大軍中，努力研發(fā)讓理想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)在我們來盤點(diǎn)一下，在通往理想的道路上還有多少荊棘。
可穿戴助力設(shè)備必須能夠理解穿戴者的意圖，根據(jù)其意圖來執(zhí)行操作。整個(gè)過程不能太慢，過分的延遲會(huì)讓用戶不舒適。同時(shí)也要把握適當(dāng)?shù)牧Χ?，?qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的馬達(dá)如果輸出過大甚至可能會(huì)讓操作者受傷。一個(gè)使用這種設(shè)備的殘疾人如果不能很好的控制步幅、步速、協(xié)調(diào)重心，隨時(shí)有從樓梯上跌下的危險(xiǎn)。這種動(dòng)作跟隨的實(shí)現(xiàn)，有著很高的技術(shù)門檻。
上圖是日本筑波大學(xué)企業(yè)CYBERDYNE的產(chǎn)品HAL（Hybrid Assistive Limb），是世界上第一款作為可穿戴助力系統(tǒng)通過ISO13482認(rèn)證的設(shè)備，它的醫(yī)用改進(jìn)型更是作為醫(yī)療設(shè)備通過了歐盟CE認(rèn)證。它被設(shè)計(jì)用來幫助下肢肌肉萎縮的患者，當(dāng)你想要站起來、行走、停住、抬起腿上下樓梯時(shí)，它都會(huì)恰如其分的來幫助你完成。當(dāng)習(xí)慣后，就如同身體的延伸一般舒適。
為了能夠得到使用者的意圖，HAL主要采用了肌電信號感知技術(shù)。當(dāng)需要運(yùn)動(dòng)時(shí)，大腦會(huì)通過神經(jīng)發(fā)送生物電信號到肌肉，這些微弱的電信號中有一部分會(huì)泄漏到皮膚表層。HAL能夠捕捉到這些信號，學(xué)習(xí)它的模式并做出相應(yīng)的動(dòng)作。地面壓力傳感器、重力加速器、肌肉壓力傳感器等則用來輔助完成判斷，最終能夠準(zhǔn)確的掌握各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的方向和力度。
用戶需要一定的訓(xùn)練來與HAL磨合，讓HAL的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠抓住用戶的運(yùn)動(dòng)模式。
與鋼鐵俠面罩中的顯示系統(tǒng)類似，HAL同時(shí)也提供傳統(tǒng)的狀態(tài)面板和按鈕工具讓用戶能更直接的控制整套系統(tǒng)，以應(yīng)對運(yùn)算部件失效等突發(fā)情況。
這樣通過機(jī)器學(xué)習(xí)、實(shí)時(shí)運(yùn)算、多種傳感器協(xié)作、以及傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的補(bǔ)充，HAL能夠完美的領(lǐng)會(huì)主人的意圖，實(shí)現(xiàn)自然的動(dòng)作跟隨，讓它成為肢體的延伸。
其它還有通過腦波來進(jìn)行進(jìn)行控制的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，相信大家不會(huì)忘了在巴西世界杯上截癱的朱利亞諾·平托憑借助力系統(tǒng)開球的場景。這無疑是世界杯歷史上最具科技含量的一腳開球，但它的研究氛圍太濃，未來數(shù)年內(nèi)也只能是實(shí)驗(yàn)室里的超級玩具。
除了復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可穿戴助力系統(tǒng)對于工業(yè)設(shè)計(jì)要求也相當(dāng)?shù)母?。讀到這里相信很多創(chuàng)業(yè)者們振臂高呼：“我們特別擅長把東西做漂亮！”不過這里的設(shè)計(jì)除了外形科技感十足抓眼球，更多的還是讓整套系統(tǒng)布置合理、使用舒適，滿足用戶需求。
松下旗下的ActiveLink決定在2015年開始量產(chǎn)他們的機(jī)械套裝，幫助老邁的建筑員工搬運(yùn)貨物。如果你見過他們的早期產(chǎn)品，會(huì)誤以為這是一家造高達(dá)的公司。
較為早期的產(chǎn)品定名為Power Loader，致敬電影《異形》同名外骨骼助力設(shè)備。穿戴者使用這身套裝可以身懷巨力、箭步如飛。它的缺點(diǎn)也很明顯，除了丑陋的外形，龐大的體積，還有高昂的造價(jià)。完全無法投入商用。
可穿戴助力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要對電機(jī)、液壓等進(jìn)行精準(zhǔn)控制。還需要考慮到一套機(jī)械適應(yīng)不同的體型，從一款原型機(jī)衍生開發(fā)出商用機(jī)型難度頗高。
削減無用功能和對主要器件小型化后，ActiveLink在今年預(yù)備退出的量產(chǎn)型則是下面的樣子：
它可以輔助搬運(yùn)15公斤左右的重量，只能在上拉物體時(shí)提供助力。但月租費(fèi)用為415美元，更為實(shí)用，可以讓建筑、物流等行業(yè)的工人擁有更高的效率，還能有效減少工傷。當(dāng)前已經(jīng)投放市場，圖中就是日本UPR公司的員工使用的場景。
順帶一提的是上面提到的HAL系統(tǒng)的月租價(jià)格為850美元左右，比最初面世時(shí)已經(jīng)下降了20%以上。在主要發(fā)達(dá)國家低于勞動(dòng)力購買成本，初步達(dá)到了商用的條件。
想讓鋼鐵俠盡快走出熒幕，除了技術(shù)和成本達(dá)標(biāo)，機(jī)遇也很重要。對于推動(dòng)科技來說，也許最大的機(jī)遇是戰(zhàn)爭需求。
現(xiàn)代戰(zhàn)爭中單兵攜帶裝備越來越多，美軍的戰(zhàn)斗負(fù)重是28.6公斤，而應(yīng)急負(fù)重則高達(dá)60公斤，這還怎么和恐怖分子死磕。洛克希勒馬丁公司與美軍合作的項(xiàng)目HULC、MANTIS正是要解決這個(gè)問題，初期驗(yàn)證已經(jīng)結(jié)束，量產(chǎn)版預(yù)計(jì)在今年投放前線戰(zhàn)場。
值得一提的是該項(xiàng)目延伸的民用版Ekso Bionics連續(xù)幾年出現(xiàn)在CES上，不過10萬美元左右的售價(jià)讓絕大部分人望而卻步。但其CEO估計(jì)3年內(nèi)一定可以把成本降低到合理的水平。
在2015年，數(shù)款可穿戴助力系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)機(jī)走向量產(chǎn)，由概念走向商用。中國也正在逐漸步入老齡化社會(huì)，勞動(dòng)力成本上升，周邊局勢惡化導(dǎo)致戰(zhàn)爭風(fēng)險(xiǎn)提升都對可穿戴助力系統(tǒng)形成潛在需求。在2014年的珠海航展上，中國就展示了一款自己研發(fā)的動(dòng)力外骨骼系統(tǒng)。相信中國一定有可穿戴與機(jī)器人創(chuàng)業(yè)公司，也正在致力于讓這樣軍用技術(shù)回饋社會(huì)。在未來3年逐步解決技術(shù)與制造成本問題，在國際與國內(nèi)市場上形成競爭力，應(yīng)對可穿戴助力系統(tǒng)需求爆發(fā)的到來。
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