随着无人机、无人战车、具身智能机器人等的大量应用,可穿戴外骨骼等人体增强技术的实战价值也将更加凸显。无人装备受环境制约较为显著。比如,高海拔低温、低氧会导致无人机电量不足、传感器失灵,山地密林、废墟环境中无人车通行受阻、无人机易受遮挡。而可穿戴外骨骼结合人类特有的适应能力,在这些场景中可更加稳定地发挥作用。
可穿戴外骨骼是融合机械工程、生物力学、人工智能与材料科学的人机协同装备,可为穿戴者提供力量增强、耐力提升、动作辅助等功能。可穿戴外骨骼本质上是一种通过机械结构和智能控制来增强人类运动机能的“体外骨骼”。主要由三个子系统构成。
一是仿生机械结构系统。该系统用来模仿人体骨骼、关节与肌肉的运动形态,采用碳纤维、钛合金、高强度复合材料等轻量化高强度材质,构建下肢、上肢或全身框架,通过球面并联、拮抗驱动等仿生结构实现多自由度运动,既保证支撑强度,又贴合人体工学。比如在搬东西时,将负重载荷通过机械结构传导至地面。
二是多模态感知系统。通过搭载惯性测量单元、肌电传感器、压力传感器、陀螺仪等设备,多模态感知系统能实时捕捉人体运动意图和环境与受力数据。
三是智能控制与动力驱动系统。智能控制中枢是可穿戴外骨骼的“大脑”,通过接收和处理相关数据信息,向驱动系统下达指令;动力驱动系统通过电机或液压驱动在关节处输出力矩,产生“想动即动”的辅助助力,进而实现人机协同。
随着人工智能技术的迭代发展,可穿戴外骨骼正从“机械辅助”迈向“智能协同”。在精准意图识别与自适应控制方面,传统外骨骼依赖预设程序,仅适配固定动作。而可穿戴外骨骼嵌入强化学习算法,可从海量的步态动作数据中训练模型,对上下楼、匍匐、搬运重物等17种运动模式的识别准确率达99.2%。可“数分钟内适应穿戴者动作与所处地形”,是人工智能赋能下实现快速自适应控制的体现。(改编自科技日报)