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進入融合智慧感測與動力輔助 中科院「全身型」外骨骼亮相
圖為中科院於「臺灣創新技術博覽會」展出全新設計的智慧動力輔助「全身型」外骨骼。（中科院提供）
〔記者吳哲宇／綜合報導〕有鑑於未來戰爭不再只是武器與火力的比拼，而是人、機、網的整合。中科院積極自主研發「軍用外骨骼」系統，並於「臺灣創新技術博覽會」展示智慧輔助全身型外骨骼，期能藉外骨骼系統融合智慧感測與動力輔助，成為士兵在戰場上靈活運動的助力。
中科院指出，此次研發過程中，先進行人因效益量測指標研究，在人體及外骨骼裝備上貼光點，來捕捉人體動作，再匯入模擬環境，進行外骨骼動作相關性解析，藉以輔助外骨骼系統設計。
同時，「外骨骼」是一種結合精密控制系統，以協助人體完成動作的機械裝置，涉及到生物運動學、機器人學、資訊科學、AI與人因工程等跨領域知識。設計開發過程中，需考慮到使用者需求、動作意圖判斷與人因工程設計等要素，同時也面臨使用上的安全性和舒適性等相對較高要求挑戰。
中科院外骨骼於此次研發過程中，先進行人因效益量測指標研究，在人體及外骨骼裝備上貼光點，來捕捉人體動作，再匯入模擬環境，進行外骨骼動作相關性解析（中科院提供）
新設計、新外骨骼
中科院表示，這款智慧輔力外骨骼系統，與之前展出的下肢型野戰及荷重外骨骼截然不同。其中，動力上肢外骨骼之上肢具肩、肘關節輔助動力，計採5個自由度結構設計，單關節輸出扭力大於10牛頓米，模組重量小於10公斤；落地型動力下肢外骨骼模組的下肢，提供膝及髖關節輔助動力支援，單關節輸出扭力大於50牛頓米，可模組化分開操作或結合成全身型外骨骼使用。
中科院表示，這款智慧輔力外骨骼系統，與之前展出的下肢型野戰及荷重外骨骼截然不同。（中科院提供）
中科院進一步說明，此項研發為多項核心子系統的整合，例如在結構骨架與支撐系統，除利用高強度金屬合金外，也搭配中科院無人機機翼複合材料等異材質，結合技術至外骨骼擋板等結構件，具有出色的膝關節輔助能力，兼具耐用與輕量化；控制部分，利用多點感測器偵測人體動作意圖，透過演算法的即時提供推力輔助，達到在希望有輔助力時提供即時輔助，在不需要輔助時進行順應性控制，使穿戴過程中，即使沒有輔助力時，也不會覺得行動受到限制。
電源部分除保護設計外，也加入了熱插拔技術，延長續航時間。並改良採用次世代高能量密度固態電芯，除兼顧系統使用時間，亦大幅提高供電安全性。
另外，有關人因測試部分，中科院則與國防管理學院、工學院及民間學校合作，協助量測人體各項參數，以及各項穿戴實驗、數據分析，提升在躲避障礙物（如繞行、跨越、閃避）、地形地貌適應力（如礫石地、上/下坡）等靈活度及解決干涉問題。
外骨骼產業推廣 應用前景廣闊
中科院進一步指出，除軍事領域外，外骨骼還具有廣泛的跨域應用潛力。如將原本設計用於增強士兵肌耐力的裝備，經調整機械設計與系統控制法則後，可延伸應用於醫療及工業外骨骼等民生產業推廣。例如工業搬運用輕量外骨骼，可提升勞工搬運效率，降低職業傷害；醫療用動力下肢外骨骼，可協助中風或行動不便者進行步態訓練，目前已在三軍總醫院復健科進行驗證。
還有輕量織物式外骨骼，當照服員彎腰時，裝置內部的支撐結構會主動協助分擔重量，就像是穿在身上的第二條脊椎，該裝置透過第二脊椎彈力輔助與腰帶結構力學分散設計，協助照服員在搬移行動不便的長輩時減輕腰部受力，降低疲勞感，改善工作姿勢，目前已進入長照機構照服員滿意度驗測。
由左至右分別為工業搬運用、醫療用與輕量織物式。（中科院提供）
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