可穿戴式机器装甲 Prosthesis

原文出处: 加速度

看到钢铁侠的全身高科技套装和《环太平洋》里拯救世界的巨型机甲,有谁不想穿上试试呢?虽然这些机器怪兽目前距离普通人似乎还有点遥远,但在军事、医疗等领域,之前都已经有了相关的产品出来。不过,不管是作为军事用途的 TALOS、XOS 2 和 HULC,还是用于健康恢复的 ReWalk、MindWalker 和 X1 等,这些可穿戴外骨骼都有一个共同点:他们都是以强化或辅助人的活动为设计目的的机械自动化套装。

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而以驾驶技术为开发宗旨的可行走外骨骼(非机器人)是否有其发展的空间呢,人们可以通过身体的感觉来控制这些机器,就像一个人骑自行车或滑板一样。这正是 Jonathan Tippet 的想法,目前他和他的志愿者团队正在建造一个名为 Prosthesis 的装置,并声称它将是世界上第一个由人类驾驶的竞赛机器人。这个5米高(16英尺)的庞然大物,将完全依赖于驾驶员的技术来实现平衡或走或跑。

“很难相信现在还没有人驾驶的巨型机甲还,” Tippet,来自温哥华的艺术家和Evasc医疗系统(Evasc Medical Systems)的兼职生物医学工程师说,“我们既然可以使用各种机器的移动技术进行竞赛,那么……为什么就不能有人控制的竞速机甲?”。

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Tippet 将这个可穿戴的运动装置描述为一个大猩猩、霸王龙和挖掘机混合的交叉体,并形象地称其为反机器人(anti-robot)Prosthesis。驾驶员需要借助伸缩梯爬到3500公斤(7700磅)的四足机械上,然后使用他们的整个身体来控制机器运动。

在座位上绑定五点式安全带之后,驾驶员可以将他们的手臂和腿伸进完整的外骨骼接口,通过手抓控制将驾驶员锁定到外骨骼中并激活控制系统(和《环》的操作方式很像)。整个装置让驾驶员能够自由移动胳膊和腿进行机器控制,在某种意义上将,驾驶员甚至是与机器合成一体的。

“Prosthesis 将直接遵循驾驶员的肢体动作行动,” Tippet解释到。”驾驶员的手臂控制机器前腿,腿控制机器的后腿,整个机器会像大猩猩一样跳跃前进。”

每一条腿有两个关节,可以前后移动,而要想用四肢来控制机器人的所有八个关节需要驾驶员运用他们的整个身体。为了让Prosthesis能够自如进行竞赛,Tippet决定让机器人和驾驶员可以在物理上交互。通过悬吊系统,这个特殊的外骨骼接口(或者称为框架)将给予驾驶员关于机器的状态的直接物理反馈,让他们可以在直观的物理层面上进行操作。

“每走一步,每只脚上的作用力都会通过外框架机械地直接传递到驾驶员的胳膊和腿上,这样动作就不会过于猛烈或伤害到驾驶员,驾驶员可以时时感受到每只脚上的重量有多少。”

该装置所采用的实时的、用户控制的悬吊系统使驾驶员可以独立地绷紧每条腿的悬吊。例如,如果机器人在一个方向上倾斜得太远,驾驶员只需收紧那侧就可以了。通过练习,他们甚至可以预期何时需要绷紧哪条腿,或者在受到冲击前进行调整,类似于在楼梯尽头刹住一大步那样。

机器的四肢将镜像驾驶员的四肢动作并将驾驶员的动作放大60到100倍。驾驶员不需要考虑机器的腿在哪里,他们会感觉到它,就像一个人骑自行车的时候不需要看轮子一样。Tippet 认为这是必要的,因为大部分时间驾驶员不会清楚的看到机器的腿,他们需要更多的专注于下一个脚步。

是否能够熟练驾驶 Prosthesis 比赛将取决于驾驶员能否掌握把手当中内置的气动弹簧系统,其被用于控制悬吊系统的阀门。驾驶员指尖的四个触发器对应于四条腿,驾驶员可以改变每条腿的悬吊响应来优化机器的行走效率并调整其性能。

为了加快驾驶的学习进度,Tippett 计划将机器的行为映射成音频和视频输出,从而为驾驶员提供强化的感官反馈。机器将利用多种传感器检测压力、温度、电压、电流和其他关键数据并转换成声音和光来让驾驶员看到和听到。机器正在运行良好时驾驶员将听到和谐的声音,过载时则相反;可见光则将会反映其零件的运作情况。

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Tippett 透露,通过听一个熟练驾驶员的音频记录,将帮助新的驾驶员了解如何操作机器而又不需要深入了解它是如何工作的。如果要想了解更多,直立的显示器将给驾驶员提供详细的技术信息,这个显示器也可以连接到任何带有网络功能的装置上;个人可以通过定制的基于GUI的触摸屏与它互动。

在开发成功后,Prosthesis 最高速度可以达30公里/小时(19英里/小时),接近普通人的冲刺速度。由一个定制锂离子电池系统提供高达230千瓦(300hp)的电力供应给液压泵实现动力。

Prosthesis 不是 Tippett 的第一个可穿戴式机械套装,其更早期的合作研究项目,Mondo Spider–一个巨大的电动八足机械蜘蛛,曾在学校、展览会和贸易展上进行展示以吸引人们对这一技术的关注。

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在三年的时间内,Tippett 和他的团队已经为超过65名学生和专业人士开发了带有输入端的 Prosthesis 底层技术。他们还制造了α腿( Alpha Leg),一个按原型2:3比例的机械腿,以帮助他们解决工程问题及改进液压系统、悬吊系统和控制系统

Tippett 正在 Indeigogo 上寻求资金以完成 Prosthesis 的制造。如果成功的话,计划在2015年让早期支持者驾驶 Prosthesis。如果该项目获得了足够的支持,他希望可以举办个反机器人联赛,可以分为不同的重量级,功率等级,四条腿,六条腿和更多级别。”就我个人而言,我的下一个机器会是个像猫一样的机器人,体积在一辆公共汽车的大小,驾驶员的脸从肚皮处朝下悬空,”

不管这个反机器人会多么先进,他们还是完全由人控制的,旨在促使人掌握物理技能。创造这样一项全新的而又不乏自动化的运动似乎是令人生畏的,但 Tippett 并不担忧。

“Prosthesis 当然可以自动化,不论是变成一场有趣的公园比赛,还是通过仿真器远程操作,你的滑雪板、自行车也都可以这样。人类并不缺乏对自动化和虚拟化的努力,而Prosthesis不过是人类发展的整个分支的另一个版本的故事,一个使你感到最有活力的伟大挑战。”

下面的视频展示了Prosthesis和 Alpha Leg:



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