來(lái)源：智東西
編譯 | 程茜
編輯 | 李水青
智東西10月19日消息，瑞典耶夫勒大學(xué)的一項(xiàng)新研究表示，機(jī)械外骨骼EksoVests可以為工業(yè)、物流和建筑行業(yè)的工人減少60%的肌肉拉傷。
自2005 年以來(lái)，醫(yī)療保健設(shè)備制造商Ekso Bionics公司一直致力于研究外骨骼技術(shù)。EksoVests是該公司第一款工業(yè)外骨骼背心。EksoVests使福特和波音等公司能夠在提高生產(chǎn)力和效率的同時(shí)降低生產(chǎn)成本和工傷。
在歐盟，多達(dá)4400萬(wàn)工人受到工作場(chǎng)所相關(guān)肌肉骨骼疾病（MSDs）的影響，年總成本超過(guò)2400億歐元。使用外骨骼可以減輕肌肉峰值負(fù)荷，降低工人受傷的風(fēng)險(xiǎn)。
“在這些行業(yè)，工人遭受各種傷害的頻率以及病假率都很高，這些都是真正的問(wèn)題。如果能提高外骨骼的使用率，它們將可能成為解決方案的重要組成部分。”耶夫勒大學(xué)機(jī)器人技術(shù)研究員Sajid Rafique說(shuō)。
一、外骨骼應(yīng)用：從殘疾人到搬運(yùn)勞工
在人體內(nèi)，肌肉疼痛和肌肉問(wèn)題在各個(gè)年齡段都會(huì)發(fā)生。每個(gè)人的身體都有一些主要的區(qū)域，這些區(qū)域因長(zhǎng)期在同一崗位上工作而受到影響，包括頸部和肩部、下背部和腿部以及腳，長(zhǎng)時(shí)間站著或坐著或用手拿著任何東西也會(huì)對(duì)他們產(chǎn)生影響。這些不規(guī)則的肌肉問(wèn)題也可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的工作姿勢(shì)，甚至遺傳性肌肉疾病。
對(duì)于在一個(gè)崗位上長(zhǎng)時(shí)間工作的工業(yè)工人來(lái)說(shuō)，最普遍的解決肌肉問(wèn)題的方法之一是使用外骨骼身體系統(tǒng)。這些機(jī)制系統(tǒng)的主要基礎(chǔ)是機(jī)器人，由外骨骼專家團(tuán)隊(duì)的實(shí)際顧問(wèn)指導(dǎo)，該顧問(wèn)將讓用戶熟悉肌肉訓(xùn)練。
外骨骼研究最初始于1956年并針對(duì)于殘疾人，幫助中風(fēng)患者或工作時(shí)間更長(zhǎng)的工業(yè)工人在工作時(shí)間內(nèi)恢復(fù)健康。外骨骼有一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)制，可以幫助人類通過(guò)控制身體使虛弱或疲憊的身體部位接近正常運(yùn)動(dòng)。
例如，如果外骨骼控制人體，當(dāng)外骨骼傳遞90%的負(fù)載時(shí)，它可能感覺(jué)到10%的壓力負(fù)載。盡管如此，利用肌電信號(hào)控制外骨骼機(jī)器人還是有一些研究的可能性。同時(shí)，目前市場(chǎng)上還沒(méi)有多少恒定的肌電信號(hào)控制的外骨骼系統(tǒng)。
在世界各地，不同的研究人員對(duì)人體部位的不同部位進(jìn)行了研究。該論文研究的Exo系統(tǒng)主題是人們?cè)诠ぷ骰蝈憻挄r(shí)佩戴的外骨骼，他們不會(huì)給工作或鍛煉帶來(lái)額外的身體壓力。
二、讓肌肉活動(dòng)減少六成，還能減少病假？
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，研究人員對(duì)佩戴外骨骼的志愿者的肌肉活動(dòng)的肌電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和比較。肌電信號(hào)是指一種代表肌肉活動(dòng)的電信號(hào)，也就是EMG信號(hào)，能夠估計(jì)肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的電流，代表神經(jīng)肌肉運(yùn)動(dòng)。
EMG系統(tǒng)有兩種類型的通道用于獲取信號(hào)。一個(gè)系統(tǒng)是單通道肌電系統(tǒng)，另一個(gè)系統(tǒng)是雙通道肌電系統(tǒng)，通過(guò)時(shí)間序列圖在監(jiān)視器上進(jìn)行視覺(jué)反饋。
其中傳感器在肌肉中具有表面電極，肌肉活動(dòng)信息可以以具有較好參數(shù)的可視化圖形返回，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的評(píng)估，分析佩戴外骨骼在工人作業(yè)時(shí)的優(yōu)勢(shì)。
外骨骼是一種額外的、智能的骨骼，它通過(guò)一套衣服連接到身體的外部。這種類型的機(jī)器人套裝為穿著者提供額外的力量和耐力。雖然這聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)，但事實(shí)上這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)存在并正在被汽車(chē)組裝行業(yè)使用。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用使得病假率減少，生產(chǎn)力提高。
研究過(guò)程中，較低的振幅是選擇更好的外骨骼的最佳標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)槭褂猛夤趋罆r(shí)，肌肉會(huì)松弛，使用它不會(huì)增加工作強(qiáng)度。因此，使用Exo防護(hù)服的振幅必須低于無(wú)Exo的正常工作位置振幅。
耶夫勒大學(xué)對(duì)外骨骼的研究已經(jīng)進(jìn)行了多年。在最近的一項(xiàng)研究中，25名受試者通過(guò)穿戴一種用于上身的外骨骼，在執(zhí)行各種鉆孔任務(wù)時(shí)對(duì)EksoVest進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)使用傳感器，研究人員能夠測(cè)量受試者的肌肉活動(dòng)，當(dāng)他們穿著EksoVests時(shí)，肌肉活動(dòng)減少了60%。
以前的研究表明，使用EksoVests時(shí)，會(huì)導(dǎo)致病假減少。美國(guó)汽車(chē)制造商福特的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)員工穿著EksoVests時(shí)，病假減少了85%。
從外骨骼的評(píng)估知識(shí)來(lái)看，它充分闡明了其相對(duì)于康復(fù)和工業(yè)工作的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)工業(yè)工人長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，它們的優(yōu)勢(shì)將發(fā)揮到最大。肌電圖和外骨骼技術(shù)對(duì)于緩解工業(yè)工人的肌肉疼痛和過(guò)程研究非常重要，可以通過(guò)不同的方式和肌電圖信號(hào)評(píng)估人體的許多特征，讓他們的工作生活更輕松。
“這項(xiàng)技術(shù)有可能改善許多工人的生活；他們可以從中收益，該技術(shù)會(huì)大大減少工人的工作量，以及下班回家后感覺(jué)不那么累。此外，醫(yī)療保健的負(fù)擔(dān)也會(huì)減輕，當(dāng)使用外骨骼進(jìn)行組裝工作時(shí)，傷害和磨損的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著降低。”耶夫勒大學(xué)的機(jī)器人研究員Sajid Rafique說(shuō)。
三、外骨骼潛力巨大，信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需繼續(xù)提升
“EksoVest在制造業(yè)中潛力特別大，例如，在任務(wù)繁重和機(jī)械化重復(fù)高的地方、機(jī)器人太貴或無(wú)法使用的地方。EksoVest的成本在4,000到5,000歐元之間。它的價(jià)格并不是很貴，因?yàn)樵诮】岛蜕a(chǎn)力方面其優(yōu)勢(shì)很多。”Sajid Rafique說(shuō)。
Rafique認(rèn)為，在20年后，大多數(shù)從事制造和裝配工作的人都將使用某種形式的外骨骼。
大致就說(shuō)，近年來(lái)機(jī)械外骨骼在國(guó)內(nèi)外都有一些動(dòng)靜，例如，由傲鯊智能和海軍軍醫(yī)大學(xué)合作研發(fā)的HEMS-GS 下肢外骨骼機(jī)器人就可以幫助外賣(mài)小哥送外賣(mài)、爬樓梯；美國(guó)軍工企業(yè)洛克希德馬丁公司也向外界展示了自己的FORTIS軍、民兩用外骨骼。這款外骨骼能夠適配穿著者的身高和體型，幫助穿著者搬起重達(dá) 16 公斤的物品，而不需要穿著者自身花費(fèi)太多力氣。
“還有一些改進(jìn)的空間。例如，重量可以更輕，它們可以更容易地調(diào)整以適應(yīng)每個(gè)人。其次公司使用外骨骼的潛力很大，我相信保險(xiǎn)公司在未來(lái)會(huì)強(qiáng)制制造業(yè)使用外骨骼，因?yàn)樵摷夹g(shù)大大降低了工人受傷的風(fēng)險(xiǎn)。”Sajid Rafique說(shuō)。
最后，本研究開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)是一個(gè)原型，主要用于表達(dá)測(cè)試和監(jiān)測(cè)外骨骼優(yōu)勢(shì)的想法。該系統(tǒng)已接近其各個(gè)方面，希望EMG系統(tǒng)能得到進(jìn)一步的發(fā)展，以便為外骨骼與身體系統(tǒng)提供更好的解決方案
結(jié)語(yǔ)：外骨骼技術(shù)尚處發(fā)展初期，將成下個(gè)風(fēng)口？
外骨骼研究的不斷深入，對(duì)工人、運(yùn)動(dòng)員、部分患者都產(chǎn)生了一定優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)對(duì)不同年齡、不同職業(yè)的人群，不同的肌肉使用方式、工作特點(diǎn)，深入觸及細(xì)分領(lǐng)域，促進(jìn)相關(guān)設(shè)備的不斷創(chuàng)新。
同時(shí)，外骨骼技術(shù)也在不斷改變?nèi)藗兊纳罘绞剑擁?xiàng)技術(shù)在傳統(tǒng)制造業(yè)的利用率將會(huì)在未來(lái)迅速普及。外骨骼行業(yè)的巨大前景，或許可以吸引更多地企業(yè)加入，加速相關(guān)領(lǐng)域研究。
