用一台 iPhone XS Max 打造开源数据集，外骨骼要「自主思考」了

本文作者：付静

2021-03-16 17:59

导语：机械外骨骼在不同运动模式间进行准确转换非常重要，即便是一丁点错误也可能导致失衡甚至是伤害。

去年，饿了么小哥曾化身「机甲骑士」亮相上海，引起网络热议。

前不久，解放军陆军士兵也穿上了原本只能在科幻作品中看到的硬核装备，上百斤的弹药箱也能轻松搬运。

用一台 iPhone XS Max 打造开源数据集，外骨骼要「自主思考」了

外卖小哥和解放军战士所穿的这一设备正是「机械外骨骼」。

机械外骨骼也称动力外骨骼（Powered exoskeleton），是由钢铁框架构成的可穿戴机器装置，可为人们提供额外能量，供四肢运动。

纵观机械外骨骼领域，工业装备、物流、建筑、医疗、军事等行业都曾有过商业化尝试，比如我国运用于军事侦查和巡逻的星云 L70 单兵外骨骼机器人、美国公司 Ekso Bionics 和 suitX 推出的工业外骨骼机器人、日本公司 Cyberdyne 推出的医疗和工业领域外骨骼机器人。

不过正如一位行业人士向雷锋网表示的那样：

机械外骨骼发展尚处在早期阶段。

为进一步优化机械外骨骼，一组来自加拿大滑铁卢大学的研究人员正在结合计算机视觉和深度学习，希望机械外骨骼也能像人类一样根据环境变化适应、调整自身。

外骨骼将要“自主思考”

此前，相关研究成果发表于学术期刊《机器人与人工智能前沿》（Frontiers in Robotics and AI），题为 ExoNet Database: Wearable Camera Images of Human Locomotion Environments（ExoNet 数据库：人体运动环境的可穿戴相机图像）。

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论文作者来自于滑铁卢大学系统设计工程系、滑铁卢人工智能研究所（Waterloo.ai）。

论文介绍了机械外骨骼的一般运作模式：

首先，高级控制器通过使用机器学习算法分析可穿戴式传感器的实时测量值，识别用户的运动模式（或者说意图）。
然后，中层控制器将运动意图转换为特定轨迹。
最后，低级控制器通过使用前馈反馈控制回路来调制设备致动器，从而跟踪参考轨迹并将信号误差降至最低。

用一台 iPhone XS Max 打造开源数据集，外骨骼要「自主思考」了

值得关注的是，机械外骨骼在不同运动模式间进行准确的转换是非常重要的，因为即便是一丁点错误也可能导致失衡甚至是伤害。

当前，机械外骨骼大多需要用户通过手机应用程序或操纵杆手动控制。

自然，这意味着在使用机械外骨骼时会有很多不必要的麻烦。在研究团队看来，传统的需要手动操纵机械外骨骼的方式很大程度上会很不方便，且对认知要求很高。不难想象，用户每次想进行一项新的运动时，都必须先停下来，拿出手机选择想要的模式。

当然这并不意味着如今机械外骨骼的控制方式还是原地踏步。

论文显示，自 2015 年起，已有一些研究团队做了尝试。

比如开发「自动运动模式识别系统」，使用可穿戴传感器（例如惯性测量单元 IMU 和表面肌电图 EMG）在不同运动模式之间自动切换——不过，相比传统方式，这种神经肌肉-机械数据融合的方式提高了运动模式识别的准确性。然而，这种测量仍然取决于患者，且 EMG 容易造成疲劳、电极皮肤电导率变化以及邻近肌肉的串扰。

在此背景下，研究人员为机械外骨骼用户安装了可穿戴摄像头，目前正在优化 AI 计算机软件来处理视频，从而准确识别楼梯、门等周围环境特征，通过调整自身动作来模仿体格健全的人走路。

具体来讲，研究人员给用户安装上一台 iPhone XS Max，也就是所谓的可穿戴智能手机摄像头系统。

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