Iron Man 們離走出熒幕還有多遠?

雷鋒網 於 15/01/2015 發表 收藏文章

雷鋒網按:目前可穿戴設備和智能硬件多半都還停留在概念和名不副實的困境中。但如果可穿戴助力設備達到基本可用,且成本可控,則在生產和生活領域會呈現出巨大的需求,這一點無論是缺乏勞動力的日本,和人口日趨老齡化的中國,都是非常明顯的一種可預期未來。那麼可穿戴助力設備,是否可能成為下一個真正引爆可穿戴設備的領域?

在Marvel的世界裏,Tony Stark 穿着動力外骨骼系統(可穿戴助力系統),泡妞打怪拯救世界。強大的性能和拉風的外形,讓技術宅們口水止不住的流下來。

外骨骼Exoskeleton是一個生物學領域使用的詞,節肢類動物如蝦的表層一般有一層硬殼,起到了支撐和保護內部柔軟組織的作用。早在1890年,發明家們注意到這點,並設想人類也能穿上類似的設備來增強自身,這也許是最早的智能可穿戴設備的設想之一了。

當前可穿戴設備的概念越炒越熱,但能引爆市場的產品卻不多,更多的產品停留在概念和摸索的階段。如果説手環、手錶、眼鏡這樣的可穿戴外設是錦上添花,那麼助力系統對於用户來説無異於雪中送炭。無論是應對殘疾、解決老齡化下勞動力效率問題、還是作為單兵武器加強國防,這樣的系統都具有重要的現實意義。
百年來人類對於Iron Man的夢想從未停滯,動力外骨骼系統出現在無數的科幻電影和遊戲大作中。1960年,GE公司就開發出原型機Hardiman,設計上可以讓人輕鬆舉起150KG的重物。但它本身超過650KG的自重讓GE的高層眼睛都沒眨直接放棄這個計劃。隨着技術的進步,越來越多的創業公司加入到了可穿戴助力系統的研發大軍中,努力研發讓理想照進現實。現在我們來盤點一下,在通往理想的道路上還有多少荊棘。

挑戰一:控制系統

可穿戴助力設備必須能夠理解穿戴者的意圖,根據其意圖來執行操作。整個過程不能太慢,過分的延遲會讓用户不舒適。同時也要把握適當的力度,驅動關節的馬達如果輸出過大甚至可能會讓操作者受傷。一個使用這種設備的殘疾人如果不能很好的控制步幅、步速、協調重心,隨時有從樓梯上跌下的危險。這種動作跟隨的實現,有着很高的技術門檻。


上圖是日本筑波大學企業CYBERDYNE的產品HAL(Hybrid Assistive Limb),是世界上第一款作為可穿戴助力系統通過ISO13482認證的設備,它的醫用改進型更是作為醫療設備通過了歐盟CE認證。它被設計用來幫助下肢肌肉萎縮的患者,當你想要站起來、行走、停住、抬起腿上下樓梯時,它都會恰如其分的來幫助你完成。當習慣後,就如同身體的延伸一般舒適。

為了能夠得到使用者的意圖,HAL主要採用了肌電信號感知技術。當需要運動時,大腦會通過神經發送生物電信號到肌肉,這些微弱的電信號中有一部分會泄漏到皮膚表層。HAL能夠捕捉到這些信號,學習它的模式並做出相應的動作。地面壓力傳感器、重力加速器、肌肉壓力傳感器等則用來輔助完成判斷,最終能夠準確的掌握各個關節運動的方向和力度。

用户需要一定的訓練來與HAL磨合,讓HAL的機器學習系統能夠抓住用户的運動模式。


與Iron Man面罩中的顯示系統類似,HAL同時也提供傳統的狀態面板和按鈕工具讓用户能更直接的控制整套系統,以應對運算部件失效等突發情況。


這樣通過機器學習、實時運算、多種傳感器協作、以及傳統控制系統的補充,HAL能夠完美的領會主人的意圖,實現自然的動作跟隨,讓它成為肢體的延伸。

其它還有通過腦波來進行進行控制的科學實驗,相信大家不會忘了在巴西世界盃上截癱的朱利亞諾·平託憑藉助力系統開球的場景。這無疑是世界盃歷史上最具科技含量的一腳開球,但它的研究氛圍太濃,未來數年內也只能是實驗室裏的超級玩具。

挑戰二:工業設計與製造成本

除了複雜的控制系統,可穿戴助力系統對於工業設計要求也相當的高。讀到這裏相信很多創業者們振臂高呼:“我們特別擅長把東西做漂亮!”不過這裏的設計除了外形科技感十足抓眼球,更多的還是讓整套系統佈置合理、使用舒適,滿足用户需求。

松下旗下的ActiveLink決定在2015年開始量產他們的機械套裝,幫助老邁的建築員工搬運貨物。如果你見過他們的早期產品,會誤以為這是一家造高達的公司。


較為早期的產品定名為Power Loader,致敬電影《異形》同名外骨骼助力設備。穿戴者使用這身套裝可以身懷巨力、箭步如飛。它的缺點也很明顯,除了醜陋的外形,龐大的體積,還有高昂的造價。完全無法投入商用。

可穿戴助力系統結構複雜,需要對電機、液壓等進行精準控制。還需要考慮到一套機械適應不同的體型,從一款原型機衍生開發出商用機型難度頗高。

削減無用功能和對主要器件小型化後,ActiveLink在今年預備退出的量產型則是下面的樣子:


它可以輔助搬運15公斤左右的重量,只能在上拉物體時提供助力。但月租費用為415美元,更為實用,可以讓建築、物流等行業的工人擁有更高的效率,還能有效減少工傷。當前已經投放市場,圖中就是日本UPR公司的員工使用的場景。

順帶一提的是上面提到的HAL系統的月租價格為850美元左右,比最初面世時已經下降了20%以上。在主要發達國家低於勞動力購買成本,初步達到了商用的條件。

未來機遇

想讓Iron Man儘快走出熒幕,除了技術和成本達標,機遇也很重要。對於推動科技來説,也許最大的機遇是戰爭需求。

現代戰爭中單兵攜帶裝備越來越多,美軍的戰鬥負重是28.6公斤,而應急負重則高達60公斤,這還怎麼和恐怖分子死磕。洛克希勒馬丁公司與美軍合作的項目HULC、MANTIS正是要解決這個問題,初期驗證已經結束,量產版預計在今年投放前線戰場。


值得一提的是該項目延伸的民用版Ekso Bionics連續幾年出現在CES上,不過10萬美元左右的售價讓絕大部分人望而卻步。但其CEO估計3年內一定可以把成本降低到合理的水平。

在2015年,數款可穿戴助力系統由實驗機走向量產,由概念走向商用。中國也正在逐漸步入老齡化社會,勞動力成本上升,周邊局勢惡化導致戰爭風險提升都對可穿戴助力系統形成潛在需求。在2014年的珠海航展上,中國就展示了一款自己研發的動力外骨骼系統。相信中國一定有可穿戴與機器人創業公司,也正在致力於讓這樣軍用技術回饋社會。在未來3年逐步解決技術與製造成本問題,在國際與國內市場上形成競爭力,應對可穿戴助力系統需求爆發的到來。


資料來源:雷鋒網
作者/編輯:SpaceH宮勐

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標籤: Iron Man  

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