外骨骼是一種包裹身體的剛性結構，通常用來輔助關節(jié)運動。這種“外服”試圖像人造肌肉一樣，幫助穿著者的肌肉收縮和伸展。

最早的機器人外骨骼的開發(fā)可以追溯到1965年左右，當時通用電氣公司開發(fā)了哈迪曼（Hardiman），這是一種大型全身外骨骼，該項目由美國投資，設計方案類似于今天的機械外骨骼。目的是讓穿戴者擁有超人一樣的力量。哈迪曼擁有28個關節(jié)和兩個抓取臂，由復雜的液壓和電子系統(tǒng)驅動。實驗中，穿戴者曾成功舉起過1500磅的重物。不過遺憾的是，限于當時的技術條件，哈迪曼自己也臃腫不堪，自重達1500磅。如此重量的外骨骼自然難以操控，穩(wěn)定性不佳，體重帶來的另一個問題是能源不足。結果哈迪曼沒能走出實驗室。

而同一時期，1969年，前南斯拉夫的米哈伊洛·普平研究所（Mihajlo Pupin Institute），也做了動力外骨骼研究工作，目的是為了幫助下肢癱瘓患者實現(xiàn)部分運動功能，他們提出了步態(tài)運動系統(tǒng)（legged locomotion systems）的概念。

當代研究
人類一直沒有停止對外骨骼的研究。繼續(xù)向前邁進，我們關注到來自英國普雷斯頓市中央蘭開夏大學（UCLAN）機械工程高級講師Matt Dickinson博士。Matt博士在大學新建的工程創(chuàng)新中心工作，主要研究概念設計，特別側重于復合材料通過3D打印技術的應用。

設計的第一次迭代證明了復合材料的適用性，盡管還需要解決材料對紫外線的反應問題以及人體皮膚中乳酸對材料的潛在浸漬問題。

“皮膚有時會激活材料中的乳酸，這會導致細菌的形成，最終破壞其結構完整性。于是我們加入了一種嵌入銅納米顆粒的材料，它在人體汗液和復合材料之間形成了一道屏障——如果你愿意，這會是一種抗菌劑，”馬特說。

該項目還在探索短切碳PET的使用。復合材料提供了額外的強度，它將被用來作為外穿裝置的支撐結構的核心，包裹在聚乳酸和碳纖維中。

“基本上，和所有研發(fā)一樣，事情都在不斷發(fā)展。這些是我們目前正在開發(fā)的材料，但我們仍在不斷尋求開發(fā)新的復合材料，看看是否比當前的更適合。”馬特繼續(xù)說道。

困局突破

“但這個情況下，我們的研發(fā)也碰到了困境，除非我們更好地了解這些材料的機械性能，也正好在這個時候，我們遇到了Tinius Olsen。”在英國一個大型工程展上的一次偶然相遇為工作伙伴關系奠定了基礎，最初，Tinius Olsen出借了一個50kN的試驗機、一個光學引伸計、傳感器以及非常*的Horizon測試軟件。公司的技術人員也在現(xiàn)場，根據研發(fā)的需要提供建議和指導。

然而，這次合作，還不僅僅是關于機械和測試建議。通過Tinius Olsen，Matt被介紹給ASTM標準委員會，成為F48.04外骨骼開發(fā)標準委員會的小組主席。

“ASTM F48委員會主要關注的是正在使用的部件的失效疲勞，與任何將用于人類使用的研發(fā)項目一樣。通過日常使用中的壓縮、拉伸和彎曲運動，對所用部件和/或材料進行預期壽命的評估。我們現(xiàn)在使用的Tinius Olsen的測試系統(tǒng)能夠使我們更高效的進行所需的測試，大大縮短研發(fā)時間。”

“我們的最終目標是開發(fā)一套能夠提供輔助生活的外穿裝置。它的設計并不是為了增加力量，而是為了讓患有肌肉疾病的兒童更靈活、更獨立，最重要的是，提高生活質量。”

其他應用

這一研發(fā)不僅在醫(yī)學領域可以成功應用，在其他行業(yè)也有它的用武之地。例如，美國宇航局（NASA）等航天機構可以將這項技術應用到他們的宇航服設計中，以應對計劃于20世紀30年代中期進行的火星任務。同時它也可以擴展到軍事應用，不僅用于支持士兵和飛行員的身體結構，還能應用于負責重型飛機、坦克和飛機建造和維護的地勤人員和技術人員。

職業(yè)體育也可以從中受益。美式足球和橄欖球等體育運動中的身體防護裝備是顯而易見的應用，但在治療運動損傷這一方面也能有所作為。

而在建筑業(yè)和其他制造業(yè)相關的重型起重作業(yè)中，這類外穿裝置將會降低工人的工傷概率，也能因此減少因工人勞累和背部受傷而損失的工作時間。