成都——科幻力量照进现实系列报道②|钢铁侠铠甲现实版长啥样?外骨骼机器人告诉你!
10月18日至22日,第81届世界科幻大会将在成都举办。成都新闻广播FM99.8联合看度新闻推出“成都----科幻力量照进现实”系列报道,今天关注第二期:现实版“钢铁侠”,工程外骨骼技术长啥样?
看过好莱坞电影《钢铁侠》的观众一定对钢铁侠的金属铠甲印象深刻。在现实世界中,与之类似的外骨骼技术已经取得突破。布法罗机器人科技(成都)有限公司的外骨骼康复机器人便是其中代表。
在布法罗机器人科技(成都)有限公司,记者见到了四川自贡的小伙林寒。只见他穿戴着公司首席科学家、电子科技大学人工智能研究院副院长程洪研发的外骨骼康复机器人,慢慢从轮椅上站了起来,并在机器人的带动下开始迈步。要知道,当2013年他从四楼摔下时,已造成腰椎断裂,下肢瘫痪。但就是依靠这套设备,让林寒在2015年成为全国第九届残疾人运动会的火炬手,并且站立着将火炬传递点燃。
所谓外骨骼,其实是骨骼模样的框架机器。这个装备通过外置发动机、电池或者液压系统为人体提供额外能量供四肢运动,以增强穿戴者的力量和耐久力。著名的科幻小说《星河战队》提到的“机动士兵动力服”就与此类似。目前一些国家的科学家也都在积极探索、实验,毕竟让一个“士兵背负上百千克装备、在高原山间健步如飞”的场景有着十足的吸引力。
成都在这一领域的研发起步是在2010年。当时,程洪从美国卡耐基梅隆大学回到成都。当他在四川省康复医院康复中心看到了上百位汶川地震造成的截瘫患者时,心里百味杂陈。
“当时很震撼,当时就萌生的这样的想法,就是让机器人帮助截瘫患者站起来。”
程洪虽然一直从事机器学习与模式识别等相关领域研究,但要做成一个穿戴机器人也并不容易:
“那个时候国外有,但是在中国几乎搞不到,因为那个时候,外骨骼军事用途的意味更加浓厚,所以在这种背景下的话,国外对于中国是管控非常严的,我们实际上几乎没有什么可参考的,从零开始,包括电机驱动关节,到整个四个关节驱动起来,再到这一个人穿起来,几乎都是一步一步走过来的。”
程洪带领其团队从零开始,开启了充满曲折和艰辛的研发之路:
“第一个困难实际上它就是一个医工交叉,医学上的一些东西,怎么在系统设计里头去灌进去的,是一个比较大的难点,第二个难点的话,它是一个穿戴机器人,穿戴舒适性,你就说截瘫或者偏瘫,腿上的力是不一样的,神经支配方式是不一样的,都会在设计上有巨大的差别。”
经过多年的研究、实验,外骨骼康复机器人已历经5代变革。记者在布法罗机器人科技有限公司见到林寒所穿戴的设备,就是可以走入普通家庭的基础款,包括智能鞋和拐杖。其中,智能鞋通过激光检测功能和传感器判断上下楼梯的指令并且可以检测上下楼梯动作的完成度和安全性;智能拐杖可以接受人的意图并通过计算生成拟人化的步态,辅助行走。
目前,程洪团队研发的这套填补了国内产品空白的外骨骼机器人,已经助力1000余名像林寒这样的截瘫患者实现了运动重建和增强。
其实,在很多科幻作品中,人们可以看到“意识操作机器”的场面,那么,外骨骼康复机器人能否主动接受穿戴者的意识而做出反应呢?程洪说到:
“我们人类精神世界,物质世界,还有一个电子计算机形成数字世界,这三个世界要进行关联的最根本的就脑机,因为它才能够使这几个世界打通,脑机接口就是一个最基本的通道,未来的科幻的世界里头,实际上穿戴是一个最基本的,可以把人的这种所思所想所动,可以跟我们的数字世界和真实的世界来进行关联 。”
程洪告诉记者,“脑机接口”分为嵌入式和非嵌入式,目前两种技术都有。但嵌入式需要与神经元直接连通,这就涉及到临床手术。但程洪认为,如果未来世界普及脑机接口,非嵌入式的方式将会更方便。
我们可以预见的是,从《钢铁侠》的战衣到《流浪地球》中的炫酷装甲再到《明日边缘》里的机甲战士,影视作品中的精彩如今正渐渐在科学家千万次的实验中慢慢变成现实。
程洪表示,以外骨骼康复机器人为代表的创新科技,在人口老龄化的背景下,有着很好的应用市场,它可以让康复训练更加精准和丰富。
对于即将召开的科幻大会,科学家程洪这样说道: