外骨骼機器人
根據法新社東京外電報導,日本Cyberdyne公司所推出的「混合輔助肢體」(HAL)獲得機器人國際安全標準認證。這種可穿戴在人身上,稱之為「外骨骼機器人」,具有行動輔助機器人的功能,其技術上的挑戰為何,又可提供哪些協助呢?
 
 
 
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
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