穿上機(jī)械外骨骼，能變“超人”嗎

在《鋼鐵俠》《流浪地球》等科幻影視作品中，人類穿上機(jī)械外骨骼，瞬間獲得強(qiáng)大“超能力”。如今，炫酷的機(jī)械外骨骼正逐步應(yīng)用于軍事、工業(yè)和醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域。

柔性潛水助力外骨骼系統(tǒng) 圖源：中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院

現(xiàn)實(shí)生活中的機(jī)械外骨骼不同于科幻作品里的“鐵甲洪流”，更多的是穿戴在人體表面的人工智能，依靠驅(qū)動(dòng)器、傳感器、控制系統(tǒng)等和人體“聯(lián)動(dòng)”，智能感知人體和環(huán)境的特點(diǎn)，增強(qiáng)人體的運(yùn)動(dòng)能力。

對(duì)工人來說，它是“超級(jí)外掛”，通過意圖感知技術(shù)精準(zhǔn)預(yù)判動(dòng)作，并自適應(yīng)調(diào)節(jié)輔助力度；對(duì)士兵來說，機(jī)械外骨骼是“負(fù)重神器”，能將裝備的重量傳導(dǎo)到地上，減輕行進(jìn)時(shí)的體力消耗；對(duì)于那些因中風(fēng)或脊髓損傷導(dǎo)致下肢癱瘓的患者，機(jī)械外骨骼能夠幫神經(jīng)慢慢“記”起怎么走路，實(shí)現(xiàn)“說走就走”。

作為能穿上身的“硬功夫”和“軟實(shí)力”，機(jī)械外骨骼首先要像一件合適的“衣服”，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要基于人體肌骨模型，讓外骨骼與人體具有高度的運(yùn)動(dòng)相容性。這就好比衣服必須要尺寸合適，才能不影響肢體的運(yùn)動(dòng)，帶來貼身保護(hù)和舒適度。

其次，機(jī)械外骨骼要有足夠的“思想”，可以根據(jù)穿戴者的行為舉止，乃至腦海中的想法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)助力。要做到這一點(diǎn)可不容易，需要結(jié)合機(jī)械、物理、生物等多模態(tài)傳感信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別，對(duì)人體的肢體運(yùn)動(dòng)、生理電信號(hào)、肌肉拉伸情況進(jìn)行精細(xì)檢測，并結(jié)合具身智能算法進(jìn)行學(xué)習(xí)。

從理論到實(shí)踐，面臨著更為深刻和復(fù)雜的難題。首先，現(xiàn)有的機(jī)械外骨骼往往具有剛性框架，質(zhì)量和體積龐大，難以適應(yīng)不同個(gè)體的身體參數(shù)，長時(shí)間穿戴會(huì)造成不適。其次，理想的機(jī)械外骨骼應(yīng)當(dāng)能夠與人體運(yùn)動(dòng)無縫對(duì)接，例如在快速行走、跑步或跳躍時(shí)，能夠即時(shí)調(diào)整助力大小實(shí)現(xiàn)“按需輸出”；但受限于傳感手段和具身模型的泛化性能，現(xiàn)在的機(jī)械外骨骼尚無法滿足復(fù)雜任務(wù)的精準(zhǔn)理解需求。此外，續(xù)航時(shí)長也面臨挑戰(zhàn)，能量密度仍然有限的電池，也是限制機(jī)械外骨骼普及的瓶頸之一。

技術(shù)進(jìn)步正推動(dòng)著機(jī)械外骨骼往“輕、智、親民”的方向發(fā)展。隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，新型輕量化材料的應(yīng)用將使得機(jī)械外骨骼更加舒適，不給穿戴者帶來過重的負(fù)擔(dān)；依靠AI大模型，機(jī)械外骨骼能夠根據(jù)穿戴者的需求自適應(yīng)切換工作模式，為使用者提供更加個(gè)性化的輔助；此外，隨著制造成本的逐步降低，機(jī)械外骨骼將不再只是醫(yī)療和軍工領(lǐng)域的高端產(chǎn)品，還會(huì)漸漸走進(jìn)日常生活，成為老年人等群體的重要輔助設(shè)備，甚至可能出現(xiàn)在太空探索、災(zāi)難救援等復(fù)雜環(huán)境中。

總的來說，機(jī)械外骨骼正從科幻電影中的神奇裝備逐步走向現(xiàn)實(shí)，帶來更多便利。隨著技術(shù)的不斷突破，機(jī)械外骨骼將更加輕量化、智能化、市場化，不僅增強(qiáng)人體機(jī)能，還能幫助人類突破自身局限，為人機(jī)協(xié)同的宏闊遠(yuǎn)景開拓更大空間。

來源：人民日?qǐng)?bào)

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