12月17日1時59分,嫦娥五號返回器在內蒙古四子王旗預定區域著陸。該公司二院206所研製的搬運外骨骼助力搜索回收分隊成功完成返回器搜索回收任務。任務中,兩名搜索回收隊員身穿外骨骼、攜帶多套搜索設備從直升機降落點快速機動至返回器著陸點。穿上搬運外骨骼後,原本需要兩人共同搬運的設備,只需一人即可單獨完成,大大提升了單人負載機動能力,降低搜索回收作業人員體能消耗。
隨後,搜索回收人員身穿外骨骼在嫦娥五號返回器旁插上一面鮮豔的五星紅旗,為嫦娥五號探月回收任務收官劃上圓滿句號。此外,搬運外骨骼還協助搜索回收分隊在返回器周邊快速搭建應急通訊、照明及電力保障體系,確保搜索回收任務快速、安全、高效完成。
機械外骨骼或稱動力外骨骼(Powered exoskeleton),是一種由鋼鐵的框架構成並且可讓人穿上的機器裝置,這個裝備可以提供額外能量來供四肢運動。
本次參加嫦娥五號搜索回收任務的兩套搬運外骨骼包含上肢助力模塊和下肢助力模塊。通過電動直驅助力模塊及智能步態分析算法,配合人體上下肢關節發力,降低人體能耗,為穿戴者提供上肢臂力、腰肌及臀大肌助力,幫助穿戴者承擔更大載荷,有效降低了手臂、腰臀等部位的疲勞感,適用於複雜地形下的重物握持及搬運。
據悉,搬運外骨骼負載能力達50公斤,在負重搬運機動時可省力約60%,節約人體能耗約30%,動作識別準確率大於99.9%,可在零下40攝氏度至70攝氏度間正常工作,耐受溼度最大為98%,標配的可更換電池在綜合工況下可持續工作約4小時,為在惡劣自然環境中執行嫦娥五號搜索回收任務提供極強的產品適應性和可靠性。此外,搬運外骨骼可智能感知穿戴者肢體行為,並自適應實時調節輸出助力的大小、快慢,其結構輕巧,穿脫方便,人機互動順暢友好,穿戴者的複雜運動行為不受限,其模塊化的設計構造,便於在應急狀態下快速維護。
中國外骨骼系統更實用
中國軍方正在進行多個項目的研發工作,項目內容是設計新一代自帶電源電力驅動外骨骼系統。
還好這種外骨骼系統不能飛(對美國人來說這很幸運),它只是減輕了人體肌肉工作時的負擔—這很有用,尤其是在高海拔地區。
中國軍方已經開發出戰鬥專用外骨骼系統,它能減輕士兵在高海拔地區時的體能消耗,大大提高人的負荷能力。
中國的技術專家們開發了一套4公斤重的外骨骼系統,可節省步行、攀爬、搬運重物消耗能量的10%,站立時消耗的能量也將減少80%。
這套外骨骼系統使用碳纖維材料,重量只有約4公斤,儘管使用環境是在高空、山區,但這種材料能夠承受極端寒冷天氣,而且這套系統不含塑料件,因此非常耐用。
一些高技術裝備如無人機或機器人在複雜地形—如凹凸不平的多巖石或高海拔地帶—行動不便,因此大量工作還需要人親自完成。
在高海拔地區,由於缺氧,人背負1公斤重物相當於在平原地區背負5公斤重物,在海拔3500米地區,人的體能水平下降到正常水平的70%到75%。
外骨骼系統應用前景廣闊
中國開發的這套外骨骼系統從照片上看與美國數套已進行了數年開發的系統非常接近,這倒並不令人驚訝,這些系統在基本原理和總體結構上差別不大。中國的外骨骼系統與美國的類似系統性能上有什麼差別目前不很清楚,外骨骼系統有著巨大的潛力和廣闊的應用前景。
美國陸軍正在測試和試生產「鋼鐵俠」式外骨骼系統,這種系統可極大改變士兵執行任務的方式,它可幫助士兵行動、自發電、為武器系統供電,尤其減輕士兵在作戰行動中的負荷。
美國陸軍還在研製外骨骼系統的多種附件,如懸停背包,它可藉助彈簧上下移動,士兵負重增加很少或基本沒有影響。
美國陸軍最近一直在對洛克希德公司的FORTIS膝蓋力釋放外骨骼裝置進行測試,該系統配備獨立電機、驅動馬達和輕型保形裝置,電源為鋰離子電池,士兵藉助這套系統可負重90公斤爬5層樓,耗費的能源並不多。
FORTIS系統上半部分為一保形結構,通過皮帶系在人的腰部,皮帶連接著柔性的臀部傳感器。傳感器告訴計算機系統士兵的空間位置和運動速度。
外骨骼民用化
一款可提供40kg外部助力自重只有6kg的腰部外骨骼機器人,已經穿在了多家快遞公司的快遞員身上。
其中,德邦快遞引入「麒麟臂」定製版腰部助力外骨骼機器人助力其大件快遞業務,這款腰部助力外骨骼機器人是北京一家科技公司獨立研發製造的新型輔助設備,可有效減輕穿戴者腰部負重,為使用者提供額外的能量和動力,減輕腰肌勞損,避免腰部受傷。
該設備能準確識別穿戴者動作意圖,快速高效提供助力,並可以自主學習穿戴者姿勢和使用習慣,保證穿戴者穿著舒適性和使用安全性,為廣大體力尤其手臂勞動者帶來福音。
在我國外骨骼機器人技術有著很大的發展空間,能夠減輕穿戴者的工作強度,提高工作效率。該產品目前還未在市場上銷售,不過經過大量測試後,很快會推向市場。