一年前，机器人公司Sarcos在IEEE Spectrum 2019年高科技领域的特别报道中承诺在今年年底之前准备交付动力外骨骼，而动力外骨骼则被视为工业的未来。上个月底，Sarcos邀请IEEE Spectrum去犹他州盐湖城，让专家们看看未来的样子。
几十年来，Sarcos一直致力于开发动力外骨骼和机器人技术，并使之成为可能。进入公司总部的大厅，那里就像是废弃的概念品和原型件的储藏室。但是现在，Sarcos准备推出GuardianXO的原型，它是一种强度倍增的外骨骼，并即将开始发售。
Sarcos的首席执行官Ben Wolff先生非常高兴能够向IEEE Spectrum介绍（炫耀）他们在实验室中所做的工作。Wolff表示：“如果你问我花费30年和3亿美元创造了什么，你将在楼下看到它。”
Guardian XO是如何工作的？
Sarcos 公司的Guardian XO是一套具有24个自由度的全身机器人外骨骼。穿戴着它，人可以举起200磅（90千克），但仅仅感觉自己在举起10磅（4.5千克）。GuardianXO完全采用电动驱动，并且可以运行2个小时而不受限制，同时其安装的电池组通过热插拔也可以使它整天工作。公司负责人表示，穿戴好Guardian XO只需要几秒钟，同时只需要对新用户进行几分钟的培训就可以熟练操作。一套Guardian XO每年的租金为100,000美元，该公司将于1月份向客户（包括重工业企业和美国军方）运送其第一批产品。
从实际角度来看，GuardianXO是一种类人型机器人，我们可以认为它使用真实的人作为其指挥和控制系统。随着各种公司都希望通过自动化提高效率，Sarcos公司认为，最有效的解决方案是就是直接将人与机器结合，通过机器人的力量和耐力来增强人的智能和判断力。该公司的投资者包括卡特彼勒，通用，微软和斯伦贝谢。
当人们认为GuardianXO是类人型机器人时，第一要求就是可以支撑自身的重力。由于Guardian XO具有独立的腿和脚，因此150磅重的骨骼（及其所携带的物品）会绕过使用者，将重量直接转移到地面上。这意味着使用者并不需要将机器人束缚在自己身上，而是将自己束缚在机器人身上，而这个过程不到一分钟。因此，尽管它看上去很笨重，但其实系统的重量并不是使用者承受的。通过下面的视频，我们来看一看Guardian XO操作员Fletcher Garrison如何轻松的抬起所有类型的有效载荷。
使用GuardianXO举起手
在本次的参观中，仅开放了XO手臂的体验试用。Sarcos表示该手臂使用的控制系统与全身的系统相同，非常容易操作。在控制方面，GuardianXO使用力传感器检测到使用者进行的每个动作，然后平行移动骨架的四肢，使操作者的身体与骨架的硬件平稳地匹配。“如果您迈出了一步，那就骨骼就会追随着迈出一步。同理，如果您来回摆动手臂，它会以同样的方式来回摆动手臂。”令人惊喜的是，这个过程没有明显的滞后，而且它非常直观，因此Sarcos公司表示大多数人只花一两分钟就可以学会使用该系统，而花一两个小时就可以熟练并舒适地在其中工作。
Guardian XO通过骨骼的支撑增强并拓展了使用者的力量，使负重200磅就像没有感觉一样。通常，其他的外骨骼在人举起重物时让人感觉不自在，就像不是自己在做动作一样。但Guardian XO则将自己定位为人的工具，它做的仅仅是辅助，而非完全替代。也就是说，你仍能感受到重量，只是感觉轻了一些。使用者可以通过左手腕上的图形控制面板调节Guardian XO对自身行为的帮助程度。
外骨骼的安全性如何？
当外骨骼具有如此强大的能力时，安全问题就必须得到重视，因此在整个设计过程中Sarcos都将安全放在首位。例如，当使用者要移动XO的手臂，使用者的手必须按住手部扳机。如果放开了手部扳机，手臂将锁定在适当的位置，因此这还有一个好处，那就是让外骨骼凭借自身的能力托起物品。所有关节均受到速度限制，一旦运动超出关节的安全阈值，关节就会自行锁定。无论系统由于任何原因而断电，电动机会控制手臂逐渐下降而不是突然下降。而且根据设计，关节不能超出人类的运动范围，这意味着外骨骼不会以任何伤害使用者的方式弯曲或扭曲。有趣的是，Guardian XO的关节可以非常容易的跟随使用者，尽管出于安全原因其运动范围或速度受到限制，这也足够实现轻松的跑动。
另一个安全问题就是跌倒的风险，但Sarcos将人加入控制环的设计理念将该问题大大简化。Sarcos不必对Guardian XO进行编程就可以自我平衡，因为操作者通过自然的反应可以做到平衡。旁人试图将使用者推倒的过程与有没有穿戴外骨骼没有关系。因为无论哪种情况，使用者都可以通过自身保持平衡。一旦受力过大而摔倒了，Sarcos也会通过将外骨骼设计成防滚架的形式，减少使用者和外骨架的损伤。
能量效率和可靠性
对于这样的外骨骼来说，效率似乎并不重要，但Sarcos却不同。在完全运行时，即在携带160磅重物并以3 mph的速度行走时，GuardianXO的功率消耗约500瓦。对比SRI的DURUS机器人（专门为能量效率而设计），其仅在步行时就会消耗350瓦的能量。Sarcos首席运营官Chris Beaufait说：“这实际上是我们的关键创新之一。世界上没有多少机器人能像我们的Guardian XO那样高效。”Sarcos以能量回收机制为基础，通过减少携带的计算机数量以及将所有设备紧凑设计，实现了机器人的高效运行。借助一对12磅500瓦时的电池组，外骨骼在正常使用期间可以连续运行2个小时以上，Sarcos预计到1月将其能量消耗功率从500瓦降低到425瓦或更低！
Guardian XO是一种商业产品，因此它必须足够可靠才能成为实用工具，并且使用起来经济有效。首席执行官Wolff表示：“当企业在做概念研发与制造一款功能强大的商业可行产品是完全不同的，这需要完全不同的技能和思维方式。我认为这是机器人公司面临的最大挑战，我们为此付出了很多血汗和眼泪。”
Wolff说，未来的版本将能够在充满挑战的地形，如泥泞的地面，雨天或雪天中在户外行走。他们的预期是XO的用户不需要太多持续的服务和维护就可以在复杂环境下使用。因此目前我们还无法确定GuardianXO在实际使用中的承受能力如何。
Guardian XO的应用
Guardian XO旨在针对某些特定但也很常见的工作类型，这些工作需要人类反复举起重物。这些工作通常不是自动化的，或者至少无法以成本有效的方式实现自动化，因为这需要利用人类自身的技能。这些工作也是劳动密集型的，这会给工人造成了短期和长期的问题。短期内，急性伤害（如背部受伤）会导致生产力下降。从长远来看，这些伤害给工人带来了严重的医疗问题，其中许多人只能在其身体受到永久性损害之前工作五到八年。
Wolff认为，这是动力外骨骼的机会。 使用Guardian XO可以减轻工人身体在任务中承受的压力，这意味着可以延长工人的工作年限而不会受伤。同时，随着年龄的增长他们仍可以继续从事相同的工作，因为外骨骼可以为他们提供力量，而工人需要提供工作技能和经验。总体而言，Sarcos在测试中发现使用Guardian XO可以将一个工人的整体生产力提高4到10倍。
下面图片就是未来商业化的Guardian XO渲染图，是不是很酷炫！真正的钢铁侠！
Wolff表示，Guardian XO使用的所有组件的尺寸，功率，重量和成本-所有这些都已经达到商业可行的程度。Guardian XO是以服务而不是产品的形式出售的-至少到目前为止，它只为具有专门客户支持的企业提供租赁服务。其商业版本应在2020年晚些时候上市。
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