中科院深圳先进院吴新宇团队潜水外骨骼论文获《Science Robotics》首页推荐

“ 人机协同，从陆地潜入水下。 穿戴外骨骼，很长一段时间的战场都在陆地。 多数团队的思路很清晰，提供动力，赋能人体。不过，这里边藏着一个一直难解的争议点：人机协同中究竟谁是主导，是外骨骼还是人？ 中科院深圳先进院吴新宇团队，十多年一直在回答这个问题，并将外骨骼的适用场景从陆地扩展到了水下。 近期，团队王向阳、马跃、陈春杰等研究人员共同完成的焦点论文获《Science Robotics》官网首页重点推荐。论文系统梳理了潜水外骨骼在系统集成、运动模态适配设计、助力关节选择及人机协同控制等方面的技术框架与发展路径，也将贯穿团队所有样机研发的人机协同理念，带到水下作业这个全新场景。 这条思路，最早在康复外骨骼的研发中落地成型。 01. 康复外骨骼：从“带着人走”，到跟上人的节律 很多人初识这支团队，是那台国内首个支持截瘫患者自平衡行走的下肢外骨骼AutoLEE。 那个阶段市面上不少康复外骨骼，是预先写好一套固定走路动作，机器带动腿，人跟着节奏配合，上肢需要拄着拐杖维持平衡。虽然可以实现行走，但对穿戴者上肢力量要求极高，一旦拐杖没维持住，很容易失稳产生跌倒风险。 团队很快意识到，有没有一套可以穿戴在身上的“机甲”，它能输出足够的动力载人行走，同时自主的维持平衡，不管是何种体型和身材，都能稳稳当当。 围绕这个大胆的想法，他们开始攻关AutoLEE系统，一台具备高刚度、强抗扰能力的外骨骼，并完成了国内首例自平衡行走训练。时至今日，团队已经迭代研制了三代，并将康复训练群体从截瘫拓展到了四肢瘫，帮数位完全丧失运动能力的病患完成了再次行走的梦想。 AutoLEE结构和穿戴示意图 这套设备虽然看着笨重，但是面向失能人群，外骨骼必须完全主导并扛负安全行走的重任，为此团队开展大量研究，以消除外部扰动、地形不确定、患者体型波动影响，每一步看似简单的步伐背后，都经历了大量而周全的实时运算。 虽然这套厚重的“机甲”可以带着患者行走，但是在日常助力场景，难以被普通人接受。不同于传统的刚性外骨骼，团队提出了更轻便、灵活的柔性外骨骼。通过绳索驱动与柔性织物相结合的设计，辅以人体运动节律估计算法，恰到时机的助力让使用者不仅能够“走起来”，更能“走得自然、走得省力”。 柔性外骨骼辅助日常行走 由于轻便小巧，这类柔性外骨骼自然地从日常行走助力延伸至个性化步态康复。团队继续研发了适配脑瘫儿童的柔性步态矫正外骨骼，通过模型迁移适配各类异常步态，为脑瘫儿童带去关怀和成长的希望。 这条路线没有停留在论文，系列康复样机拿到医疗器械相关资质，配套步态评估工具，把算法能力变成临床里可以落地使用的康复方案。 从机器人带动人体完成自平衡行走，到机器人感知、跟随人的动作并影响和作用到步态，人、机不同的主导权最终的目的都是功能的完好实现。 脑瘫儿童穿戴外骨骼进行步态矫正 02. 特种与工业外骨骼：适配真实工况里的非标动作 康复场景哪怕因人而异，行走依然是有规律的周期性动作。可等到外骨骼走向工厂流水线、崎岖山地，问题就完全不一样了。人的动作没有固定节奏，充满随机性。 消防作业里，物资转运常伴随着崎岖地形和大幅度动作。工厂工人日复一日俯身、过顶、蹲起作业，长期重复很容易造成肌肉劳损。很多助力装备只在匀速直行时表现稳定，一旦动作乱掉，人机配合就容易脱节。 面向消防场景，团队研发下肢负重外骨骼，创造性提出了人工脊柱和下肢仿生承载结构，形成的负重链路能将60%的载荷传递至地面，同时允许穿戴者完成匍匐、深蹲等动作，在多地消防支队开展试用。 测试人员穿戴负重外骨骼在复杂山地条件实现转运行进 针对制造业中的多元助力需求，团队先后研发了自适应腰部助力外骨骼、上肢助力外骨骼和下肢姿态保持外骨骼。外骨骼只在人体关键关节发挥作用，不束缚肢体自然活动，打破了“用一种外骨骼完成所有任务”的固化思路。 聚焦场景需求，只研发最省力、最高效的外骨骼设备，这种理念催生出来的相关装备，已迅速在机务装配和维修场景中试点落地。 面向机务装配和维修的上、下肢外骨骼和腰部助力外骨骼系统 通过横跨康复医疗、特种负重、工业制造等多条战线持续攻关，团队不断积累新的技术工具箱。这套沉淀下来的技术体系，并没有仅仅停留在地面。团队针对水下独有的潜姿动作、高压低温环境特点重新出发，厚积而薄发，成为PEAKED、KAED两款潜水外骨骼研发的重要根基。 03. 潜水外骨骼：换一套工程逻辑解题 水和空气，是两套完全不同的力学环境。 到了水下，重力被浮力抵消，但新问题接踵而至。持续的水阻叠加高压低温影响，再加上氧气瓶、配重块挤占空间，穿戴机器人的设计约束一下子严苛很多。 潜水推进器、无人潜航器擅长远距离移动。但溶洞搜救、近距离巡检任务不一样，环境狭窄复杂，需要潜水员临场观察、动态调整，无人装备很难替代人的灵巧性和强接触能力。这也是水下外骨骼存在的意义，它不是

来源只提供摘要，完整内容请打开原文。