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从钢骨到钢铁侠,人类如何才能真正获取机械的力量?

摘要: 富二代可以买装备,普通人就只能靠变异了?

在之前热映的DC电影《正义联盟》中,出现了一位较为面生的超级英雄“钢骨”,这位英雄身上有着大量的机械部件,右手上有声波炮、左肩里有Xbox、背上有喷射器、连肺都被换成了能在水下呼吸的机械肺。

钢骨的设定在某种程度上体现了人们对“机械改造人体”这件事的幻想,我们羡慕机械的不知疲倦、力大无穷,驾驭它们已经不能让我们满足,非要和机械结合为一体,才能真正获得它们的力量。

钢骨从人类变成机械人的原因是因为天启星母盒意外爆炸,让他吸收了大量高科技机械装置。但在漫威宇宙中,钢铁侠给了人们一个更实际的方案,把高科技机械做成盔甲,穿在身上。

之所以说这是更为实际的方案,是因为类似的技术已经出现在了我们的生活中,而且还有着很高的商业价值,这种技术的名字叫做“机械外骨骼”。

给人穿上机械甲还是给机器人安上大脑?

所谓机械外骨骼,简单来说就是一种可穿戴的人体支撑动力支撑装置。像盔甲一样,穿戴在身上就能获得非凡的能力,虽然不能像电影中一样飞檐走壁、发射炸弹,却能给人们很多切实的帮助。

在最初的设计中,机械外骨骼最主要的作用就是在军事上。盔甲一样的机械外骨骼可以保护士兵,更能为他们提供动力,方便长途跋涉、负载武器、接触危险设施等等。

到后来,人们发现越来越多的领域都需要这种神奇装置的支持。比如机械外骨骼可以作为义肢,帮助人们重新获得运动能力,在进行康复训练时,机械外骨骼也能支撑着人们做运动。当快递小哥需要搬运重物时,腰部和手臂上的机械外骨骼可以让他们轻松举起几百斤的重量。

随便动动脑筋,就能想象到无数应用上机械外骨骼的场景。尤其是各种机器人风靡的现在,可以大脑进行决策+手指进行灵活操+机械负责力量是机器人幻想中的梦幻配置,显然都可以用人+机械外骨骼来解决。

而且讲道理,让人穿上机械外衣,应该比让机器人长出大脑容易多了也安全了多。

不能变身钢铁侠的原因…不仅仅是因为你太穷了

那么,究竟是什么阻止了我们从普通人类变身钢铁侠呢?从技术角度考虑,还真不少。

最重要的就是在传感方面。按照设定,机械外骨骼应该是有力量的,如何控制这种力量显然成了一种问题。像高达那样用摇杆操控显然是不太实际的,一套基础的外骨骼少说要有手腕*2、手肘*2、脚腕*2、膝盖*2、腰椎*1共计9个关节活动部件,靠人手动操控的话,很可能就需要一个操控另一个。

到时候战场上也许就会存在那种“士兵着急追击敌人,无奈身后操纵他的玩家不给力”的情况。而且外骨骼移动的力度也不好把控,也许快递小哥只想让它帮着举起重物,却一个不小心把快递车都掀翻了。

还有一个难题就是在续航方面。既然是有力量的机械外骨骼,自然需要动力。目前最好的解决方案,就是在机械外骨骼中安置电池。你能想象快递小哥们为了抬起一件15kg包裹,需要背着一块15kg的锂电池吗?又或者是正在火拼时一方士兵对另一方说“能不能先停下让我们充个电?”。无法在电池重量和充电频率、速度间找到平衡,机械外骨骼至今续航能力堪忧。

最重要的还是成本上,要知道一开始机械外骨骼是美国军方主导研究的,自然造价不菲。灵敏密集的传感器、又轻又坚实的金属材料等等,都给机械外骨骼的商业化普及造成了困难。

脑机接口到深度学习,机械外骨骼还能有更多的黑科技

但即使有着这么多的困难,还是有一些可民用的机械外骨骼出现在我们的视野中。比如日本筑波Cyberdyne公司研发的行动帮助机械外骨骼、福特也为组装工人配上了上肢机械外骨骼帮助承重。在国内,据称京东也在研发机械外骨骼,以减少物流工人的腰部压力。那么这些研发团队是如何克服上述问题的?

就拿传感控制这一点来说,现在已经出现了不少黑科技的解决方法。

人类之所以能灵巧控制身上每一个部件,是因为布满全身的神经元能把运动信号像电流一样互相传导。同样的道理,在机械中也能实现。在人体上贴上电极,捕捉肌肉动作时发出的信号,解析信号变成指令就能让机械外骨骼随着人体的动作移动。

Cyberdyne采用的就是这种方式。更高端的,还有跳过肌电信号直接使用脑电信号控制的。通过脑机接口仿真出一个中枢神经通路环境,识别操作者的运动意图并进行移动。在2015年巴西世界杯开幕时,就有一位残疾人小女孩穿着机械外骨骼为比赛开球。不过脑控技术还有很多难点,残疾人由于生理原因,很难像普通人一样用大脑下达出明确的动作信号。就像踢球这样一个简单的动作,可能都要经过大量的训练和调整才能实现。

脑洞开的再大一点,为什么不能把现在机器人传感技术加入到机械外骨骼中呢?在机械外骨骼中加入陀螺仪和红外摄像头,利用SLAM(即时定位与地图构建)系统识别出环境中物体的位置,配合上陀螺仪对自身的定位就能计算出移动的距离和速度。

又或者把迁移学习应用到机械外骨骼中,在仿真环境中对机械外骨骼进行训练,让关节和部件可以更多的进行自动化的移动。等到现实使用中,机械外骨骼只需要解析“从A位置移动到B位置”这样简单的信号,而不是“伸出左脚、伸出右脚、再伸出左脚……”这样复杂的信号了。

当然,以上只是不负责任的随意联想。但现实情况是,神经学的发展让我们更加了解大脑运作的方式、深度学习的发展让我们更懂得如何模仿大脑运作的方式。两者结合,让机械成为人类骨骼这件事变得更加容易。自从2000年美国国防部第一次提出“机械外骨骼”概念并开始立项,至今已经有了相关概念产品上市。或许再下一个十年,我们每个人都能变身成钢铁侠。

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本文系作者 脑极体 授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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