日本最新研制“人造肌肉”外骨骼机械装置

据英国新科学家杂志报道，一种轻重量外骨骼机械装置可以使老年人自如活动，目前，英国《新科学家》杂志记者前往日本实验室，亲自体验这种外骨骼机械装置的神奇力量。这位记者对此次体验进行了描述：在日本东京市中心的一个科学实验室里，聚集着许多大学生，他们都面带笑容，显得沉浸在新兴科技所带来的乐趣之中，他们观看我如何试穿外骨骼机械装置，并如何举起40公斤的大米。

日本新型外骨骼机械装置可轻松地举起40公斤的重物

若是平时举起这一重量的物体并非易事，但幸运的是借助这套装置将赋予新的力量。我能够推动一些箱子，并在专项研究学生Hideyuki Umehara的指导下蹲下身体。Umehara将一袋大米放在我伸展的手臂上，之后他按了一下我穿着的像帆布背包似的背包上的按钮，我的臀部产生了向前的推进力，我的腿部也逐渐伸直，直至我完全站立起来。

我进行了第二次体验，我举起40公斤的大米袋子颇似人体机械铲车，突然感到这袋大米竟轻如羽毛一样。这将归功于“人造肌肉”—— 在体验之前Umehara安装在我的背部，我感觉自己获得了充分的动力。这套装置通过填充性腰带和背带可安装在臀部和肩部，延伸机械部分位于大腿外侧，这套外骨骼机械装置呈A形，是一个铝框架结构，袖筒可以在肘部和肩部关节处自由旋转。

这套外骨骼机械装置重量为9.2公斤，Umehara对安装在背部的四个人造肌肉进行充气，从而使人们穿着这套机械装置和举起大米时感觉到没有重量。

据悉，这套外骨骼机械装置是日本东京理科大学小林宽司(Hiroshi Kobayashi)带领研究小组最新设计的人工智能外骨骼系列之一，预计明年初进行商业发布，这种可穿戴的机械装置分为两个型号：增强手臂和背部型，适用于商业领域要求举起较重物体；轻重量医护型，重量仅有5公斤，用于护理行业，例如：将病患者或者老年人从床上移动。

小林宽司研制的外骨骼机械装置是最新型机械人造骨骼装置，该产品的研究历史可追溯至1965年通用电气设计的“体能放大器”——Hardiman。此后几十年里，科学家纷纷致力于研制士兵力量增强型装置，或者用于帮助残疾人群。其中不乏一些成功的例子，比如：Ekso仿生学公司研制的人类负重外骨骼，雷神公司研制的XOS2，目前它们在军事领域仍进行不断地开发升级。

但是有许多机械外骨骼项目提前出现问题，或者推迟商业发布，其中多数是涉及到不具备产生有效安全驱动力，从而使多功能发动机实现流畅的动作。

小林宽司认为他们所研制的外骨骼机械装置则不同，它并没有笨重的电子传动装置和液压系统，而是采用了“充气人造肌肉(PAMs)”，其轻重量、网格覆盖的橡胶囊袋伴随着空气充入和排出可以收缩。小林宽司称，充气人造肌肉可释放30公斤或者更多的即时支撑力，主要取决于该物体与身体的距离。其动力和重量比率是发动机驱动的外骨骼机械装置的400倍。此外，充气人造肌肉不像传统发动机，它不受水和灰尘的影响。一个调节器基于微处理机释放的信号可以有效控制输出气压，它将与机械装置中的一个加速传感器进行关联，该传感器可探测和响应身体移动。

基于较高的动力和重量比率，该充气人造肌肉装置具有很大的优势，小林宽司指出，它的简易控制源自大量模拟自然人体移动的预编程序，通过夹克的传感器可触发行走或者举重，甚至更简单的是，该装置能对简单的语音指令进行响应，例如：“开始”或者“停止”，以及身体加速移动。如果使用者起身站立或者移动时的速度慢于当前加速度临界值，该装置则不会运行。一个简单的刻度盘可以控制该装置的移动速度，目前，这套外骨骼机械装置出租一个月的价格为15000美元，据悉，日本医疗保险对于许多病例费用报销比例在90%。

小林宽司在办公室接受记者采访时说：“许多年前我被外型超酷的机器人所深深吸引，但基本上它们很少实际应用。我认为我们研制的人造肌肉外骨骼机械装置是世界上唯一真正实际的工具机器人。”

在日本掀起了一股外骨骼机械装置的研制与开发的热潮，很大程度上是由于这个国家快速增长的老龄化人口，预计2025年65岁以上的老年人口占总人口的30%以上。近期发布的科学和技术白皮书强调，日本政府需要在社会上投入使用大量的机器人装置，当前日益出现老年人照顾老年人的社会现象。

小林宽司指出，未来我们将试着研制一些较简单的外骨骼机械装置，它们没有金属袖筒来支撑手臂。它们将非常地轻，重量大约仅4公斤。此前我总认为外骨骼机械装置具有更多的科幻成分，但到目前，我仅认为它只有一步之遥。