外骨骼結構設計案例分享

19年外骨骼結構設計

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并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。別稱:強化服、動力服(Power Suit)、動力裝甲(Power armor或Powered armor)、Exoframe、Hardsuit或Exosuit等。憑借這套"服裝"，人類就可以成為所謂的"鐵人"。

動力外骨骼更傾向于軍用，除了能夠增強人體能力的這一基本功能外，還要具有良好的防護性、對復雜環境的適應性以及輔助火力、通信、偵查支持等軍用功能。 動力服是設計成用來保護穿戴者的，例如為了保護士兵或建筑工而設計，或設計用來進行救援身處險境的人員上。廣泛一些的用途則是用來做為義肢與幫助老弱者行動。其它的用途則是用來進行救援行動，就像在一棟要倒塌的建筑物里，這個裝置可以提供給工人很大的力量來舉起重物，同時保護它不被落下的碎石砸傷。在日本，有銀行為需常搬運沉重鈔票及硬幣的員工配備外骨骼，以降低身體負擔。 科幻作品中也有眾多作品將動力服拿來發揮，例如《星艦戰將》中機動步兵的動力服;《鋼鐵俠》中的動力服;《浩劫殺陣》系列、《輻射》系列、《戰錘40000》《warframe》或《星海爭霸》中的太空陸戰隊身穿的動力裝甲等等。

"你可以想象一個像蜘蛛網一樣的東西緊緊的結合你的貼身褲子，"設計和建造這款機器護甲的研究小組負責人、美國哈佛大學維斯研究所機器人學研究學者康納·沃爾什(Conor Walsh)這樣說道。這套衣服并非第一款測試的機械外骨骼，盡管它可能是目前為止最舒服的。類似這種帶有堅硬的金屬和塑料外套的外骨骼已經用于幫助癱瘓人群擺脫輪椅，但它們仍然是笨重的機器。

在現實生活中，普通人每小時只能以約24公里的速度前進，世界紀錄保持者Usain Bolt的最快速度為每秒12.3米。與其他動物相比，人類這樣的速度很是尷尬，雖然動物們大多數都是四腿走路，但人類想要借助自身行動更快的夢想從未因此而停歇。在歷史里，人們已經找到了不止一種提高行進速度的方法，但是，目前看來，僅使用人力即可簡單推動使用的只有自行車。但是，無數電影導演和科幻迷們告訴我們，其實可能還有另一種方式，那就是外骨骼機器人，外骨骼機器人一直是科幻電影中人類自身能駕馭力量的極限。

外骨骼機器人的發展與場景 外骨骼的定義最早其實來源于動物，即外部的骨骼，這些外部骨骼一般用于支撐和保護動物，與之相反的是人類這樣“內骨骼”的生物。因此，外骨骼機器人一般是指那些能夠保護自身，并增強人類能力的可穿戴機電設備，從單一的穿戴電子類產品，后續逐漸形成電子、機械、仿生的跨界融合，形成一項面向未來的獨特前沿技術，在應用領域上也發展衍生到包含那些能夠增強（幫助康復）殘疾人的可穿戴設備，主要用于幫助病人做步態康復訓練。因此目前從功能上，一般將外骨骼機器人分為增強型外骨骼和康復類外骨骼。 外骨骼機器人的想法可以追溯到1890年，當時一位叫尼古拉斯·亞根的俄羅斯人發明了一種用壓縮空氣包為動力的類外骨骼系統；1917年，美國發明家開發了一種以蒸汽為動力的外骨骼機器人；1960年，最早的外骨骼項目出現，其來源于美國軍方的增強型軍用裝甲，同期康奈爾大學的研究者也開始研究人體增強的概念，后續外骨骼機器人很快就開始研發，也造成了這個領域大部分能夠探明的問題迅速被探明。1970年，通用電氣設計的Hardman系統，包含了30多個關節，能舉起1500磅的重量，展示出了外骨骼技術的龐大可能性。