哈佛中國學子優化內穿型機器軟甲，對比之前降能提高60%！Science Robotics發表

每次提到「哈佛」，都會在心中默默豎起三個大拇指，牛掰的學校不用任何形容詞就自帶光環。每次提到「哈佛的機器人」，也會在心中默默豎起三個大拇指，並在心中感嘆這大概就是未來科技的樣子。

哈佛機器人是眾多機器人中自帶熱點的那一個，每次有新品發布，光憑來頭就足以讓人駐足品評一番。而如果沒人告訴你，你會知道在哈佛打造的眾多明星機器人產品中，多多少少會有中國人的身影嗎？而且他們正在逐漸成長為哈佛機器人團隊中的中流砥柱。

之前為大家介紹過哈佛的RoboBee，體重只有86克的微型機器人一經問世便受到業內人士的高度關注。它最近一次登上《Science Robotics》還是因為RoboBee克服了水的表面張力，能從水下一躍飛到水面之上了。

著手讓RoboBee實現這一功能，並以聯合第一作者身份撰寫並發表頂級期刊的，便是來自中國的陳宇峰博士。

今年，同樣是哈佛的明星產品——Warrior Web（勇士機器軟甲），在陳宇峰博士的引薦下，我們認識了另一位隱藏在哈佛科研團隊中的中國人——丁也博士。

Warrior Web是美國國防部先進研究項目局（DARPA）早期支持的項目，這款智能機器人和普通的外骨骼機器人不同，它沒有金屬支架，是一種柔性內穿型作戰服，重量輕、不限制自由活動能力，同時提供與下肢肌肉平行的外部助力以增強士兵運動機能，減小作用在肌肉上的負荷，從而減少長時間負重、在崎嶇地形行軍的疲勞損耗和提高行軍速度。

這種用繩索驅動的智能軟甲有著那些常見的硬性外骨骼機器人無法比擬的優勢。因為輕便和靈活的拉索傳動方式，他們可以盡量減少設備在肢體上的重量，將較重的驅動器安置於靠近身體重心的位置，從而最小化佩戴設備的重量所帶來的能耗損失。同時，系統的低功耗微處理器實時採集在服裝上的小型運動感測器和力感測器的數據，判斷穿戴者的行動信息，運用內置的先進演算法控制系統提供有效助力，協作人體腿部肌肉和肌腱的動作，提高士兵的運動技能，降低士兵肌肉損傷的風險。

目前，哈佛大學設計的這種柔性外骨骼可主要助力臀部和踝部，這也正是由於臀關節和踝關節提供了絕大部分行走所需的能量。為了應對不同的要求，研究團隊研發了多款柔性外骨骼，針對單獨助力臀關節，踝關節或同時助力兩者。

此套同時助力臀部和踝部的作戰服功率小於100瓦，總重量不到7千克，包含電池重約2千克，在不充電情況下可持續工作3-4小時，士兵背負25千克其他負載、以1.5米/秒速度在平地行走時，可以減少約15%凈代謝消耗（對比與不穿設備）。

但，這款柔性外骨骼還有著不足的地方，因為每個人的身體機能，行走方式不盡相同，所以要達到最優的性能，研究人員需要為每個穿戴者找到適合穿戴者的控制參數。這就意味著如果想要為每個士兵都發揮最優的性能，光調節參數就是一項及其繁重的任務，而且相當低效。

近日，由丁也博士作為聯合第一作者發布在《Science Robotics》的文章顯示，該團隊已經初步掌握了解決這個問題的辦法——他們開發了一種高效的機器學習演算法，採用「人機迴路」優化，通過實時測量人的生理信號，來調整設備的控制變數。演算法還會在尋找最優化參數中不斷優化，最終指示動力服在合適的時間點提供協力。

https://www.zhihu.com/video/964192371949342720

和不穿動力服的情況相比，穿上使用該演算法優化的動力服能夠幫助用戶減少17.4%的代謝消耗。比起目前此領域類似設備的實驗成果，這種優化過的柔性外骨骼在減少用戶代謝上一舉提升了60%以上。簡單來說，研究團隊給這款很厲害的智能軟甲裝上了大腦，它可以主動學習如何適應穿戴它的主人。

可以說丁也博士作為勇士軟甲的主要開發者和此項人機迴路項目的負責人，與團隊成員共同完成了控制和優化演算法的開發，相信Warrior Web會在這批頂級人才的努力下很快走出實驗室真正應用到現實生活中。也更期待像丁也博士這樣的中國人，將科研完成的更加出色，將來能助力中國機器人的發展。