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外骨骼機器人

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楊谷洋｜國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊

2013年2月27日法新社東京外電報導(中央社蔡佳伶記者譯)：日本機器人製造商Cyberdyne推出靠電力輔助的機器腿「混合輔助肢體」（hybrid assistive leg ,HAL）。HAL可穿戴於腿上(也有上半身與全身式版本)，它能透過偵測肌肉脈動，估測使用者的移動意圖並協助肢體移動，主要用途乃設計為協助銀髮族行走及醫院護理人員移動病患。報導中談到，基於HAL的品質得到確認，日本經濟產業省表示：這款以金屬與塑膠打造而成的機器人裝，成為首個獲「個人機器人國際安全標準草案」的照護機器人。而製造商總部位於日本東京東北部筑波的Cyberdyne公司表示：「自2010年已出租約330套各型機器人裝給150家日本醫院、福利及其他機構，每套裝備每年租用價是17萬8000日圓。」

由以上的報導，我們看到了一種新型式的機器人：它可穿戴在使用者身上，類似電影〈機器戰警〉或〈鋼鐵人〉中的機器人裝；但基本上它只有骨架部分，所以也稱之為「外骨骼機器人」或是「外甲機器人」(exoskeleton robot)。相較於傳統機器人在使用上是與人分開，外骨骼機器人乃設計予使用者穿在身上，進而一起行動，可以想見，在技術上是深具挑戰性。首先，在機構設計上勢必要輕量化，但它必須要能帶動人移動，因此來自馬達的動力也不能太小；加上人的腳是穿在支架上，如何在移動中取得平衡，相當具技術難度；另外因它和人類肢體具有某種程度的結合，換句話說，人與外骨骼機器人彼此間是處於高度與緊密的互動，因此如何發展出理想的控制策略，讓兩者可相互協調非常關鍵，不僅不能讓使用者受到傷害，同時也須讓使用者可舒適、自然地運用外骨骼機器人來完成工作。試想：穿在身上的機器人裝置，以它所具有的動力，若控制不當的話，後果將不堪設想。

事實上，外骨骼機器人的研究在學界與業界已有一段時間，包括：日本、韓國、美國、歐洲、台灣等都有各種類型的上、下肢外骨骼機器人推出。上述的HAL就曾在幾年前由設計人─日本筑波大學山海嘉之（Yoshikuyi Sankai）教授攜至台灣參加台北國際自動化大展，而這款全身式外骨骼機器人在現場經由真人穿戴展示後，其輕巧的設計與時尚的造型，令人印象深刻。外骨骼機器人在行動輔助與復健上有其應用，尤其台灣在面對老年化社會挑戰時，更有其可扮演的角色，特別在復健方面，可用來取代傳統由復健人員所進行的復健流程(目前的復健方式對復健人員在體力與精神上是很大的負擔)；也可讓使用者於家中進行復健，提供相當的便利性；同時也節省醫療資源。未來外骨骼機器人的研發，在材質上，應該往貼身、具高強度與伸縮性、輕量、耐磨損等方向努力；在操控系統上，要更能掌握人類意圖，例如：肌電訊號與腦波的量測，並讓控制系統具有學習能力，有效執行人類指令；在動力來源上，馬達要輕而有力、電池持久並具高效率；最後在機構設計上，要讓動作的執行能配合人類關節活動的方向及範圍，增加其平順、流暢度，更能接近人體自然的動作。舉例來說：電影〈阿凡達〉中，化身為阿凡達的人類，大約就是外骨骼機器人與人類結合的極佳典範吧！（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）

責任編輯：黃承揚｜英商牛津儀器海外行銷有限公司

行動輔助機器人(4) 復健(14)

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