日本筑波大学Cybernics实验室的科学家和工程师们,研制出了世界上第一种商业外骨骼机器人(Hybrid Assistive Leg,HAL),准确地说,是自动化机器人腿:“混合辅助腿”。这种装置能帮助残疾人以每小时4公里的速度行走,毫不费力地爬楼梯,HAL机器腿的运动完全由使用者通过自动控制器来控制,不需要任何操纵台或外部控制设备。HAL由背囊、内装计算机和电池的一组感应控制设备、4个电传装置(对应分布在髋关节和膝关节两侧)组成。这种帮助人行走的外骨骼动力辅助系统,配备较多的传感器,如角辨向器、肌电传感器、地面传感器等,所有动力驱动、测量系统、计算机、无线网络和动力供应设备都装在背包中,电池挂在腰部,是一个可佩戴的混合控制系统,根据生理反馈和前馈原理研制的动力辅助控制器可以调整人的姿态,使其感到舒适。
日本科学家为研制这种外骨骼机器人,综合运用了各种科学技术,如控制论、机械电子学、生物学、医学、信息学、电子学、物理学、数学等。
除HAL“混合辅助腿”外,日本还研制成功了一种全身性外骨骼机器人。神奈川理工学院研制的“动力辅助服”(PowerAssistSuit)可使人的力量增加0.5-1倍,使用肌肉压力传感器分析佩戴者的运动状况,通过复杂的气压传动装置增加人的力量。事实上,这种装置最初是为护士研制的,用来帮助她们照料体重较大或根本无法行走的病人。
看来,在外骨骼机器人研制方面,民用项目走在了军用项目的前面。尽管至今尚未见到有士兵佩戴机械腿行走,但军用外骨骼机器人正在逐渐成为现实,当然,由于一些技术参数,如工作延续性、尺寸、重量、反应速度等,还远远达不到“万能士兵”的要求,要想使外骨骼机器人真正用于行军打仗还需要一定时间的等待。(书山)