北京中科医院好不好 http://news.39.net/bjzkhbzy/170210/5218643.html作为漫威旗下超级英雄的代表人物，钢铁侠受到全球众多漫威迷的喜爱。尤其是剧中钢铁侠变身时充满未来科技感的战甲，更是吸粉无数，甚至一度掀起cospoly热潮。
相信很多影迷和小编一样，都在憧憬：要是在现实世界中也能实现炫酷的装甲与人“合体”，那该有多好。
其实，在现实生活中，科学家们一直在致力于一项黑科技----外骨骼机器人，有望实现一秒变身钢铁侠的梦想。那么，什么是外骨骼机器人呢？
外骨骼机器人是一种人机结合的可穿戴机器人，即穿戴在使用者身体外部的一种智能机械结构，可以将人体感觉器官、思维器官、运动器官和机器感知系统、机器智能处理中心、机器控制执行系统相耦合的可穿戴设备。
外骨骼机器人的前世今生
年，美国国防部首次提出了“外骨骼机器人”的概念，主要的目标是增强士兵体能，提高单兵作战能力。本质上讲，外骨骼机器人跟我们在科幻电影中所见到的战甲还略有不同，可以将其看作是附着于人体外部的“人工智能”。它能够为穿戴者提供保护，并根据人的肢体活动来感应、伺服、驱动机械关节重现动作，用以提供额外的动力，帮助使用者跑得更快、跳得更高、负重更强。
年，加州大学伯克利分校人体工程和机器人实验室成功研发出伯克利下肢外骨骼（BLEEX），这是后来大名鼎鼎的HULC的原型；
提升单兵作战能力，搬斤重物，毫无感觉！
年，该实验室继续开发出可增强下肢能力的机械外骨骼技术----人类外骨骼负重系统（HumanUniversalloadcarrier,HULC）。HCLC自重24公斤，由背包式外架、金属腿框架及相应的液压驱动设备组成，穿戴者携带的负荷不会作用在本人身上，而是直接经由机械外骨骼传至地面。HULC的主要功能包括力量增强和耐力增强两方面，穿戴HULC的士兵可搬运90公斤的重物而毫无感觉，而且在3.2公里/小时的行动速度下可降低5%~12%的氧气消耗。
年，日本筑波大学HAL的第五代产品HAL5上市，同年2月获得了国际安全认证，是世界上第一家获得该认证的机械外骨骼。HAL重量只有10公斤，可以满足正常人的承受能力。通过感测体表的生物信息，如肌肉的运动和神经电流的改变，HAL可以模拟穿戴着的动作，并在平行方向上增强穿戴着的力量和耐久力。
让瘫痪患者，重新独立行走！
年，以色列RewalkRobotics公司推出了一种可穿戴式辅助运动的下肢外骨骼人Rewalk，可以帮助腰部以下脊髓损伤的人重新独立行走。它由腿部支架、独立控制的髋关节和膝关机电机、充电电池、附着于关机上的计算机系统以及一副控制平衡的拐杖组成。
年，哈佛大学Wyss研究所发布了与ReWalk公司合作研发的新一代外骨骼机器人，其采用可穿戴传感器的拉伸检测运动，通过拉索驱动踝关节的动作，从而重现使用者的动作。
《Science》封面：穿上这条短裤，让你跑得更快
年，哈佛大学Wyss研究所再次研发出一款外形类似“短裤”的外骨骼穿戴设备，研究成果登上全球顶级期刊《Science》封面（,,():-.）。与以往的多关节外套相比，这款最新的臀部辅助外套设计更简单，重量更轻，整个设备重约5公斤。产品看起来实际上更像是一条短裤，下背部有一个机械装置，腿上有绑带，用于简单地辅助腿部伸展运动。机载计算机可以检测佩戴者身体的运动，确定步态的类型（步行或跑步）以及腿部当前所处的步态阶段。在测试中，该套装在行走时减少了9.3%的代谢负荷，在跑步时则减少了4%。
最新《Science》：节省体力的同时，还能发电！
目前，外骨骼机器人领域的研究热点之一在于如何通过增加或存储并返回能量来减少步行的代谢消耗，即将使用者步行的代谢能采集或存储转化为电能。其中，评价的性能指标是收集成本（COH），即穿戴者的代谢功率变化（单位：W）与设备产生的电能之比。遗憾地是，几乎所有的外骨骼可穿戴设备的COH均为正值，这意味着需要使用者提供额外的代谢成本才能发电。
近日，加拿大皇后大学MichaelShepertycky和华人教授QingguoLi等人研发出一种轻巧的背包式外骨骼可穿戴设备（重量仅为1.千克）。该设备可以从自然的步态中收集机械能并将其转换为可用的电能，同时还可以减少用户的代谢能消耗，不仅将使用者的步行代谢成本降低了2.5±0.8%，还将去除的能量转换为0.25±0.02W的电能！上述研究成果以“Removingenergywithanexoskeletonreducesthemetaboliccostofwalking”为题，于年5月28日凌晨发表于全球顶级期刊《Science》上。
背包式外骨骼可穿戴设备的结构设计
背包式外骨骼设备主要由电缆和旋转发电机组成（如下图），其中电缆通过线束连接到用户的小腿，并向上延伸以连接到输入滑轮。当使用者的膝盖在摆动期间向前伸展时，摆动腿的输入缆线会松开并驱动输入皮带轮。这些滑轮与齿轮系和滚柱离合器结合使用，将电缆的线性运动转换为旋转运动，并在接合单个发电机之前同时放大和整合电缆的运动；
在站立状态下，离合器将输入皮带轮与齿轮系分离，从而通过复位弹簧将电缆收集回到输入皮带轮上。离合器还使该设备仅在摆动期间施加机械负荷，而在站立期间，下肢不受外骨骼的束缚。此时，发电机的反电动势将机械负载施加到输入电缆，然后又施加到使用者身上。
背包式外骨骼可穿戴设备的工作原理
研究人员通过基本运动生物力学分析发现，人在步行过程中，当脚在空中时，膝关节的作用就像刹车一样：肌肉在充当电动机（正机械功率输出）时将新陈代谢动力转换为机械能，效率为25%，而在制动时则为%效率（负机械功率输出）。
因此，背包式外骨骼可穿戴设备的核心在于膝盖外骨骼的设计，通过使用以肌肉为中心的膝盖外骨骼阻力控制，来减少腿部摆动周期后期的主动肌肉力量，从而实现在步态周期中提取机械能，使其转换为电能。
研究结果表明，当肌肉充当电动机时，每产生1W电能需提供1.7W机械功率。而该设备的转换效率为60%，也就是说使用者将不得不消耗6.8W以上的新陈代谢功率；然而，在制动时，每产生1W电能，使用者仅消耗0.7W的代谢能（COH=0.7）。因此，该设备可以从自然的步态中收集机械能并将其转换为可用的电能，同时还可以减少用户的代谢能消耗，导致其COH为负值。
此外，通过有策略地将设备安装在使用者的背上，可以将其步行的新陈代谢成本净降低2.5%，同时产生0.25W的发电量。值得注意的是，这是目前同类设备中第一个可以实现负COH的设备。
下一步，研究团队将整合生理感应系统和机器学习算法，以增加可穿戴辅助设备的多功能性和影响力。未来可能开发出一种外穿服，可在使用单个车载可充电电池的情况下，在长时间的户外活动中将人体代谢能量的消耗降至最低，以不断适应运动任务需求，例如扩大徒步搜索和救援人员，户外探险者或士兵单兵作战等等。
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