穿上后力量增加40%:这件"会收缩的衣服"重新定义可穿戴机器人

人工智能学家
05-27

一件重量不足两公斤的夹克,却能同时辅助肘部、肩部和腰部的运动,并将穿着者的肌肉用力减少40%以上。这不是科幻设定,而是韩国机械材料研究院(KIMM)研究团队刚刚实现的工程突破。

这项技术的核心,是一种由超细形状记忆合金(SMA)纤维编织而成的"肌肉织物"。单根合金丝的直径仅有25微米,大约是人类头发丝的四分之一。将这些细丝加工成螺旋状纱线后,研究团队开发了一台自动化织机,可以像织普通布料一样,连续批量生产这种具有主动收缩功能的智能织物。相关成果已于2025年10月发表在国际康复工程权威期刊《IEEE TNSRE》上。

仅仅10克的肌肉织物,就能承载10至15公斤的重量。这一数字颇为惊人。

热量触发收缩,织物像肌肉一样工作

形状记忆合金并不是新材料,但以往的应用大多停留在单一结构件层面,很难织入柔性面料。传统SMA螺旋线以金属丝为芯,延展率低,根本无法上织机。KIMM团队的关键创新在于:将芯线改为天然纱线,大幅提升了延展性,从而突破了连续编织的工艺瓶颈。

韩国机械与材料研究院(KIMM)先进机器人研究中心首席研究员朴哲勋博士正在操作自动化肌肉织物编织机。图片来源:韩国机械与材料研究院(KIMM)。

这种织物的工作原理直接模仿了人体肌肉的收缩机制。当SMA纤维被加热至约40至50摄氏度时,纤维发生收缩,产生定向拉力,进而辅助穿着者完成特定动作。由于外层覆盖了隔热织物,用户几乎感觉不到温度变化。动作完成后,纤维自然冷却、舒展,如此往复。

整套系统由固定在夹克背部的200克电池组供电,并内置紧凑型控制器。通过调节输入电流的大小和持续时间,可以改变织物肌肉的收缩力度,以适应不同使用场景。单次充电续航约四小时,对于频繁重复性体力劳动来说基本够用。

这也是首款重量低于两公斤、能够同时辅助三个关节的可穿戴机器人。

从工厂流水线到病床旁,应用场景正在打开

韩国机械与材料研究院(KIMM)先进机器人研究中心首席研究员朴哲勋博士(右)。图片来源:韩国机械与材料研究院(KIMM)。

KIMM的研究团队并不只是做了一件供展示的概念夹克。他们还专门针对肌肉力量受损的患者,研发了一款仅重840克的肩部辅助可穿戴机器人。这一重量轻到患者可以在日常生活中自行穿戴,不会感到额外的身体负担。

在首尔国立大学医院的临床试验中,包括杜氏肌营养不良症患者在内的受试者穿戴这款设备后,平均肩部活动范围提升了57%以上。杜氏肌营养不良症是一种会导致肌肉进行性退化的遗传性疾病,患者往往在青少年阶段就丧失独立行动能力,改善肩部活动范围对他们的日常生活意义重大。

从更宏观的视角来看,这项技术击中了一个真实且迫切的社会需求。全球多个国家正在快速步入"超老龄化"社会,日本、韩国、德国等国家的老年人口占比持续攀升,照护需求与劳动力短缺之间的矛盾日趋尖锐。与此同时,制造业、物流业、建筑业中大量依赖体力的重复性工作,也正在成为职业性肌肉骨骼损伤的重灾区。

能穿在身上、安静运作、低耗电、价格可接受的助力服装,正是这两个场景最缺少的那类工具。

当然,从实验室原型到真正走进市场,这条路还不短。目前KIMM团队正积极寻求商业合作伙伴,希望将自动化肌肉织物的生产工艺授权给更大规模的制造商。批量生产的成本控制、长时间使用的耐久性验证、不同体型用户的适配性测试,以及监管审批流程,都是摆在面前的现实门槛。

但有一点已经变得清晰:当机器人技术不再依赖笨重的电机和气压管道,而是真正"织入"面料本身,可穿戴增强设备的大众化就从遥远的构想,变成了一个工程问题。

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