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助力機(jī)械手傳說中的外附魂骨

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發(fā)表時(shí)間:2019-09-23 14:17作者:億思特自動(dòng)化

  尼古拉斯·戈茨(Nicholas Gotts)是福特汽車公司的一名員工,過去 6 年里,他幾乎每天都在福特旗下的野馬跑車裝配線上忙碌,干得最多的事情就是擰螺絲。在汽車流水線上,員工們大多會(huì)使用工業(yè)級的電鉆機(jī),站在汽車底盤下方,將電鉆機(jī)舉過頭頂,才能把螺絲固定到框架內(nèi)。這個(gè)動(dòng)作戈茨每天大概要做 500 次,這也使他早早患上了腰肌勞損。但從去年開始,戈茨在裝配線上動(dòng)作變得輕快許多,也不像以前一樣做一刻就要停下來歇一歇。

  秘密在于戈茨身上那套特殊的工作背心:它的主體是一塊金屬背板,由兩側(cè)的肩帶和腰間的環(huán)形臀帶所支撐,與之相連的管狀支架則從后背一直延展到雙臂兩端。因?yàn)槠錁?gòu)造和設(shè)計(jì)和人體骨架相似,這種奇怪的裝置也有一個(gè)更形象的名稱,叫做「外骨骼」。

  自蒸汽時(shí)代起,一名俄羅斯人就曾萌生過「用外置骨架配合壓縮氣囊的方式來改善人類運(yùn)動(dòng)力」的想法,但當(dāng)時(shí)并未集成供電系統(tǒng),反而需要由人自己花力氣來操作,動(dòng)力沒多少,負(fù)擔(dān)倒是重了許多。

  到了上世紀(jì) 60 年代,真正意義上內(nèi)置了動(dòng)力系統(tǒng)的外骨骼設(shè)備才出現(xiàn)。當(dāng)時(shí),通用電氣公司應(yīng)美國軍方要求,開發(fā)了一套名為「Hardiman」的增強(qiáng)型裝甲,號稱能讓使用者舉起近 700 公斤的重物——相當(dāng)于舉起一頭水牛。

  然而,歷經(jīng) 60 年,大部分人對外骨骼的認(rèn)知仍然只停留在電影和游戲作品之中,它們滿足了少數(shù)人對超能力的想象,卻更像是一個(gè)被娛樂化的產(chǎn)品。而在現(xiàn)實(shí)世界,這個(gè)看似能賦予人體奇特能力的設(shè)備,卻并沒有那么令人矚目。

  因外骨骼而改變的醫(yī)療、工業(yè)和軍事領(lǐng)域在收到福特汽車的訂單前,Ekso Bionics 公司已經(jīng)獲得了打開醫(yī)療市場的鑰匙。2012 年,Ekso Bionics 推出首款外骨骼支架設(shè)備 Ekso GT,開始與當(dāng)?shù)氐纳窠?jīng)康復(fù)中心合作,讓截癱患者和其它行動(dòng)不便的病人能夠重新獲得站立能力,或是用于步行訓(xùn)練。

  整套設(shè)備由鋁合金和鈦合金構(gòu)成,雖然重量高達(dá) 20 公斤,但由于獨(dú)立的支撐結(jié)構(gòu),以及連接的金屬支架,重量會(huì)轉(zhuǎn)移到最底部的腳板上,所以穿戴者并不會(huì)有明顯的負(fù)重感。同時(shí),腿部和膝關(guān)節(jié)的傳感器還會(huì)檢測患者的運(yùn)動(dòng)能力,再通過電動(dòng)馬達(dá)來施加外力,幫助患者雙腿移動(dòng)。

四年后,這款設(shè)備拿到了美國 FDA 食品藥品管理局的許可,意味著 Ekso GT 能夠名正言順地用于治療脊椎受損或中風(fēng)患者。Ekso Bionics 的創(chuàng)始人 Russ Angold 回憶說,在醫(yī)療領(lǐng)域嶄露頭角后,便開始有人向他咨詢,是否有面向工人的外骨骼設(shè)備,而福特便是其中一家。

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「他們問我,既然癱瘓的人可以重新走起來,那么你們能用同樣的技術(shù),讓工人變得更強(qiáng)壯嗎?」事實(shí)上,但凡是那些需要舉起手臂,并長時(shí)間保持一個(gè)姿勢工作的人——比如要肩扛巨大器材的攝影師,餐廳里的上菜員,或是精密儀器維修的電工等,都或多或少存在手臂和肩部肌肉的勞損,甚至?xí)拥奖巢亢脱?,對日常生活造成影響?

  為了降低這種長期重復(fù)作業(yè)后造成的身體損傷,自 2017 年起,福特汽車公司開始與 Ekso Bionics 合作,在美國兩家工廠測試新的工業(yè)用外骨骼設(shè)備「EksoVest」,一年后,這種裝置適用范圍擴(kuò)大至福特在全球的 15 個(gè)地區(qū)工廠。如今,福特已不是唯一一家將外骨骼設(shè)備運(yùn)用到工廠裝配線上的公司。在加拿大胡士托市的豐田汽車工廠中,同樣有近 200 名工人同樣在使用 Levitate 公司的「Airframe」外骨骼來協(xié)助超聲波焊接的檢測工作,而寶馬和波音公司的流水線上也有類似產(chǎn)品的身影。

  可以說,對于那些想要保護(hù)工人,提高效率,并避免出現(xiàn)巨額醫(yī)療賠償?shù)墓S來說,這些外骨骼無疑是個(gè)不錯(cuò)的幫手。

工人尼克·范德巴恩(Nic Vanderbaan)就表示,41 歲的他已經(jīng)很難脫離外骨骼去工作,這就像有人在幫他托起手臂并保持固定,而如果他想把手垂下來,這種托力也會(huì)漸漸消失。

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「它不會(huì)讓你獲得超人般的怪力,但卻能減輕你的工作負(fù)擔(dān)。一旦習(xí)慣后,你就會(huì)把這些金屬支架視為自己身體的一部分?!怪劣谠谲娛骂I(lǐng)域,外骨骼的相關(guān)研究則會(huì)更早,各大國一直都在加強(qiáng)對外骨骼的研究力度。如今很多民用領(lǐng)域的外骨骼技術(shù),比如前文提到的 Ekso Bionics,本身也有非常深厚的軍方背景。

  目前,知名軍工企業(yè)洛克希德馬丁公司開發(fā)的 ONYX 外骨骼系統(tǒng),正計(jì)劃在今年下半年交付美軍進(jìn)行野外測試。它的目的并非是增強(qiáng)戰(zhàn)斗能力,而是減輕使用者腿部和背部的負(fù)荷,中國同樣展示過類似的原型產(chǎn)品。

此外,美國陸軍實(shí)驗(yàn)室也在探索「第三臂」的概念,即使用外掛的小型機(jī)械臂來作為武器支架,緩解士兵的肌肉疲勞。當(dāng)痛點(diǎn)問題被解決之后,外骨骼就逐漸成為這些行業(yè)中切實(shí)的需求,但對大部分普通人來說,想要親身接觸到外骨骼仍不是一件容易的事。

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普通人想擁有外骨骼依舊很難,成本就是個(gè)大問題每一家生產(chǎn)外骨骼的公司,都希望自家設(shè)備能夠獲得更廣泛的普及。畢竟,如果它能讓截癱患者重新獲得行走的能力,為什么不能取代輪椅呢?但這其中涉及兩個(gè)難點(diǎn),一是高昂的成本,二是電池問題。

  2017 年,《華盛頓郵報(bào)》曾報(bào)道了一位因手術(shù)失敗導(dǎo)致下肢癱瘓的患者,當(dāng)時(shí)她在康復(fù)中心借助以色列 ReWalk 公司的外骨骼產(chǎn)品重新獲得了行動(dòng)能力,但在溝通理賠時(shí)卻遭到了保險(xiǎn)公司的拒絕,理由是「擔(dān)心設(shè)備的安全性和實(shí)用性」,所以并未將外骨骼列入到投保范圍內(nèi)。當(dāng)時(shí),一套 ReWalk Presonal 6.0 外骨骼套裝的價(jià)格約為 8 萬美元,Parker Hannifin 公司生產(chǎn)的 Indego 則接近 10 萬美元,至于前文提及的 Ekso GT 還會(huì)更貴,大概在 15 萬美元左右,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了單個(gè)家庭可支付的范圍。也因如此,目前大部分外骨骼公司的銷售目標(biāo)只能集中在大型康復(fù)中心、醫(yī)院或是工廠里,如果個(gè)人想要購買,獲得保險(xiǎn)公司的補(bǔ)貼會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的路徑,但前提是需要獲得保險(xiǎn)公司的認(rèn)可。

  「他們對外骨骼的預(yù)期是,它不僅能幫助人們恢復(fù)行走能力,還可以提供一定的醫(yī)療效用或幫助?!挂敶髮W(xué)放射學(xué)教授 Howard Forman 說,他認(rèn)為目前外骨骼設(shè)備的定價(jià),超過了它們在保險(xiǎn)公司眼中的價(jià)值。不過,一些外骨骼產(chǎn)品也會(huì)強(qiáng)調(diào)自己對人體機(jī)能的改善。比如在 ReWalk 產(chǎn)品介紹中,就標(biāo)注了「可以降低患者的體脂、改善肌肉對姿勢的控制、平衡腸道及膀胱功能,并提高氧的代謝及心率」等字樣。然而具體的改善功效也因人而異,故很難給出明確的的量化指標(biāo)。

  此外,動(dòng)力外骨骼往往會(huì)內(nèi)置大量的檢測傳感器和液壓裝置,如果不想拖著一根電線走來走去,唯一的辦法就是自帶電池,可現(xiàn)階段多數(shù)設(shè)備僅能堅(jiān)持?jǐn)?shù)小時(shí)的續(xù)航,極大限制了戶外的行動(dòng)范圍,而在有限的體積下,堆電池的做法肯定是行不通的。一個(gè)殘酷的現(xiàn)實(shí)是,假如一臺外骨骼失去了供電系統(tǒng),那么它和一堆廢鐵也沒什么區(qū)別,這也是為什么至今仍很難在軍事領(lǐng)域看到外骨骼設(shè)備的大規(guī)模使用。當(dāng)然,已經(jīng)有公司開始研究低成本,以及輕量化設(shè)計(jì)的外骨骼設(shè)備,它們會(huì)使用更輕的材料,更緊湊的造型,或是引入 AI 技術(shù),讓這些機(jī)械支架能夠更精準(zhǔn)地識別我們的肢體動(dòng)作。

  加州大學(xué)伯克利分校和 suitX 就曾給過一個(gè)不那么奢侈的成品。兩者合作主打的 MAX 將外骨骼分為背部、肩部和腿部,各部件的定價(jià)均不超過 5000 美元,買家可以根據(jù)實(shí)際需要入手全套設(shè)備,也能只選擇其中一兩件,資金壓力明顯會(huì)小不少。之后,SuitX 還計(jì)劃打造更多智能化、低成本的外骨骼設(shè)備,比如幫運(yùn)動(dòng)員減少氧氣消耗量,使其獲得更長的奔跑時(shí)間。

  在美國范德堡大學(xué),工程師們還研究出一種由彈簧驅(qū)動(dòng)的外骨骼設(shè)備。和那些幾乎布滿全身的金屬支架不同,這個(gè)外骨骼只有踝關(guān)節(jié)的部分,僅有 400 多克重,加上不需要設(shè)計(jì)電池和動(dòng)力系統(tǒng),原型產(chǎn)品的成本僅為 100 美元。這和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)此前發(fā)明出的踝關(guān)節(jié)外骨骼十分相似,兩者都宣稱可以減少使用者小腿肌肉的負(fù)擔(dān),緩解走路時(shí)所需要承受的壓力。

  外骨骼走向商用的背后,也是人與機(jī)器關(guān)系的不斷演變據(jù) ABI Research 的研究報(bào)告稱,今天,整個(gè)外骨骼市場的硬件收入僅為 1.92 億美元,預(yù)計(jì)到 2028 年會(huì)達(dá)到 58 億美元的規(guī)模。事實(shí)上,除了工業(yè)、醫(yī)療和軍事領(lǐng)域,外骨骼似乎還沒有找到其它更合適的使用場景。這不僅是因?yàn)閮r(jià)格高低,還要回答能拿來干什么的問題??偛荒苷f,我們買外骨骼就是為了去搬磚吧?何況在這些領(lǐng)域,外骨骼所面對的競爭不僅來自于同行,還有其它新興技術(shù),比如成本同樣在下降的 AI 智能機(jī)器人。

在倉儲、物流和服務(wù)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域,AI 智能機(jī)器人已經(jīng)能完全取代人類的工作;而對于那些追求效率、想要實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)作的工廠來說,一個(gè)能 24 小時(shí)不間斷工作、不知?jiǎng)诶?、甚至不?huì)犯錯(cuò)的機(jī)器人,比人本身更吸引人。也有人開始擔(dān)心,外骨骼的普及會(huì)衍生出新的矛盾。英國工程技術(shù)學(xué)會(huì)教授諾埃爾·沙基(Noel Sharkey)接受 BBC 采訪時(shí)就說:

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「如果工人穿上外骨骼工作,疲勞感減少了,那么工廠是否會(huì)要求他們投入更長的工作時(shí)間呢?沒人能阻止這種情況的發(fā)生。」在上個(gè)月美國舊金山 Gray 藝術(shù)節(jié)上,一群身穿外骨骼的人正在黑暗風(fēng)格濃郁的工業(yè)電子配樂中起舞,每個(gè)人的動(dòng)作都高度一致,宛如一個(gè)個(gè)提線木偶。

  真相是,在開演之前,舉辦方將事先編排好的舞蹈動(dòng)作腳本導(dǎo)入至每一個(gè)外骨骼設(shè)備中,這意味著觀眾們看到的舞姿,實(shí)則都是那些由金屬支架和液壓缸組成的外骨骼決定的,人在這里不過是一個(gè)道具而已。創(chuàng)作者路易斯-菲利普·德默斯(Louis-Philippe Demers)說,他希望通過這場向意大利詩人但丁《地獄篇》致敬的表演,重新激發(fā)人們對技術(shù)、機(jī)器控制議題的思考。但也有人另辟蹊徑,選擇把外骨骼變成內(nèi)骨骼,直接和人體融合,變成組織的一部分。

麻省理工學(xué)院的休·赫爾(Hugh Herr)教授就把自己描述為「仿生人」,他在某次登山事故中失去了雙腿,之后就接入了一個(gè)包含人造電極的假肢,與大腿神經(jīng)相連接,以便更靈活地控制自己的「雙腳」。在 2014 年的 TED 演講中,他表達(dá)了這樣一個(gè)觀點(diǎn):

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「我相信植入式神經(jīng)終究會(huì)超過假肢的范疇,進(jìn)一步擴(kuò)展至外骨骼領(lǐng)域,讓人類僅靠意念和感覺來控制它們,并從根本上創(chuàng)造一個(gè)重新認(rèn)識自我潛能的領(lǐng)域?!够蛟S外骨骼的迷人之處,恰恰在于人在其中的全面參與感,就好像無論是外置鎧甲的鋼鐵俠,還是內(nèi)注金屬的金剛狼,意識都還是屬于自己的,而無需對智能機(jī)器人拱手讓賢,只是如果我們選擇讓自己全面機(jī)械化了,人類又還是人類嗎?  


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