在許多的美國(guó)科幻電影中，外骨骼都出現(xiàn)過(guò)，他們幫助一個(gè)人舉起或攜帶較重的負(fù)荷，跑的更快，跳的更高，幫助戰(zhàn)士更好地進(jìn)行戰(zhàn)斗，有更好地保護(hù)，攜帶更多的武器和裝備，并具有比正常人更強(qiáng)的體能?，F(xiàn)實(shí)生活中這種外骨骼也被研發(fā)出來(lái)了，而且由碳纖維制造的外骨骼相比傳統(tǒng)金屬材質(zhì)優(yōu)勢(shì)明顯


一、關(guān)于碳纖維外骨骼

隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人外骨骼成為科研人員研究的重點(diǎn)對(duì)象，機(jī)器人外骨骼的研發(fā)不論對(duì)于國(guó)防建設(shè)還是民用領(lǐng)域，都有著極為重大的意義。影響機(jī)器人外骨骼的因素有很多，其中輕量化占據(jù)著很大的比重。

外骨骼(exoskeleton)原指為生物提供保護(hù)和支持的堅(jiān)硬的外部結(jié)構(gòu)。外骨骼機(jī)器人( exoskeleton robot)可理解為一種結(jié)合了人的智能和機(jī)器人機(jī)械能量的人機(jī)結(jié)合可穿戴裝備。外骨骼機(jī)器人技術(shù)在許多領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。

實(shí)驗(yàn)表明碳纖維機(jī)器人外骨骼與傳統(tǒng)金屬材質(zhì)相比有著很多優(yōu)勢(shì)，其耐腐蝕、耐高溫、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕等特性可以讓機(jī)器人外骨骼更好地發(fā)揮其性能。


二、碳纖維骨骼應(yīng)用領(lǐng)域

1、民用領(lǐng)域

在民用領(lǐng)域中碳纖維機(jī)器人外骨骼通常用于康復(fù)治療中，它是一種可以像穿衣服一樣穿在身體上的智能機(jī)器人，幫助穿戴者跑得更快、力氣更大、耐力更強(qiáng)。通常關(guān)于碳纖維機(jī)器人的外骨骼動(dòng)力方面，它們使用放置在關(guān)節(jié)處的電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其將力傳遞到移動(dòng)穿著者腿部的剛性部件。但是，機(jī)器人外骨骼存在著一個(gè)擱置了多年的難題，那就是它們不能轉(zhuǎn)身，只能往一個(gè)方向一直前進(jìn)。加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的學(xué)者Steve Collins曾說(shuō)過(guò)，“幫助人們轉(zhuǎn)身是非常重要的，但很少被解決。”碳纖維外骨骼，是一種可穿戴設(shè)備，可充當(dāng)放大器并有助于恢復(fù)人類(lèi)行動(dòng)。它結(jié)合了機(jī)器動(dòng)力和人類(lèi)智能，以提高機(jī)器的智能，方便操作。外骨骼可以廣泛的覆蓋整個(gè)身體，如人的上半身或下半身，甚至身體的特殊部分，腳踝或臀部。它們可以供電并配備傳感器和執(zhí)行器，也可以處于被動(dòng)狀態(tài)。簡(jiǎn)單的電子電路，帶執(zhí)行器和電池，增強(qiáng)緊固和控制技術(shù)，有助于我們的日常任務(wù)更高效。


2、軍用領(lǐng)域

在軍用方面，碳纖維外骨骼需要有著強(qiáng)大的動(dòng)力，外骨骼可以以不同的方式得到加強(qiáng)。供電的外骨骼使用電池或電源線激活傳感器和執(zhí)行器。在靜態(tài)外骨骼中，與動(dòng)態(tài)外骨骼不同，驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)始終保持打開(kāi)以保持設(shè)備的形狀，而在動(dòng)態(tài)外骨骼中，驅(qū)動(dòng)程序不必隨時(shí)打開(kāi)，這樣可以更節(jié)能。被動(dòng)外骨骼沒(méi)有任何發(fā)電手段，可用于重新分配、放大、減輕或鎖定重量。混合外骨骼是帶控制器和傳感器的動(dòng)力外骨骼，但積極使用肌肉的FES功能（功能電刺激）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在野外作戰(zhàn)才能使機(jī)器人外骨骼能夠長(zhǎng)久地發(fā)揮作用，更有效的輔助士兵搬運(yùn)物資等。

碳纖維復(fù)合材料的問(wèn)世是材料領(lǐng)域的一大進(jìn)步，可以滿足一些特殊環(huán)境對(duì)于材料的特殊要求，使用碳纖維復(fù)合材料制作機(jī)器人外骨骼，可以大大降低能源消耗。并且其耐腐蝕的特性可以讓其工作時(shí)間得到提升，不必因?yàn)楸桓g而不得不整體更換。


三、碳外骨骼領(lǐng)域內(nèi)新突破

1、防水的第 5 代 Cray X

German Bionic第五代碳纖維外骨骼主動(dòng)步行輔助與背部支撐雙智能，通過(guò)主動(dòng)步行輔助和其他開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)在手動(dòng)處理環(huán)境中增加人類(lèi)增強(qiáng)的新維度。

第 5 代 Cray X 繼承了其前身的碳纖維框架、物聯(lián)網(wǎng)功能和智能工廠集成，但現(xiàn)在配備了更強(qiáng)大的電池，旨在為用戶(hù)提供更長(zhǎng)時(shí)間的電力。當(dāng)電量不足時(shí)，40V 電池也可以快速更換為新電池，以保持生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)。

除了保護(hù)佩戴者的下背部外，這款新型號(hào)還提供主動(dòng)步行輔助——因此工人在拿起高達(dá) 66 磅（30 公斤）的負(fù)載時(shí)得到支持，將它們帶到他們需要去的地方，并在需要時(shí)放下它們他們到達(dá)那里。

第5代Cray X外骨骼全連接，兼容智能工廠，并包含基于AI的安全系統(tǒng)，可對(duì)不正確的舉重操作或不良姿勢(shì)發(fā)出警告。

設(shè)計(jì)中內(nèi)置了新用戶(hù)的輔助系統(tǒng)，在集成顯示屏上顯示提示和說(shuō)明，讓他們快速安全地啟動(dòng)和運(yùn)行，而基于人工智能的人體工程學(xué)預(yù)警系統(tǒng)會(huì)提醒佩戴者姿勢(shì)不良或舉升方法不正確. 管理人員可以監(jiān)控和記錄環(huán)境和社會(huì)治理報(bào)告的這些事情。

IP54 防水使得可以在干燥、潮濕或多塵的室外環(huán)境中使用，為“建筑工地、室外倉(cāng)庫(kù)或汽車(chē)修理廠”打開(kāi)了平臺(tái)。

與其前身一樣，重量輕的碳纖維結(jié)構(gòu)Cray X可輕松連接到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和所有智能工廠生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)業(yè)務(wù)流程的真正集成。


2、Addyx 開(kāi)發(fā)水溶性膨脹心軸為生產(chǎn)提供新自由

使用水溶性芯軸，碳素外骨骼為拓?fù)鋬?yōu)化的復(fù)合材料打開(kāi)了范例，減少了重量、制造時(shí)間和廢品率。

Addyx 開(kāi)發(fā)了創(chuàng)新技術(shù)，使用增材制造 (AM) 系統(tǒng)和新型沖洗型心軸，可以模制碳纖維增強(qiáng)筋——例如，在中空管內(nèi)。

Addyx Srl（意大利蒙特西爾瓦諾）開(kāi)發(fā)了碳外骨骼，這是一種用于先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新技術(shù)，包括在模制空心組件內(nèi)部進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化的單向 (UD) 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合肋條。

使用 Addyx 的 WSM-170 水溶性膨脹心軸獲得的碳外骨骼技術(shù)為設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的中空復(fù)合材料部件提供了新的自由。此外，據(jù)說(shuō)它可以促進(jìn)復(fù)合結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化，提高機(jī)械性能，包括剛度和強(qiáng)度重量比，同時(shí)也是一種提高抗沖擊性的輕量化綜合方法。

WSM-170 采用增材制造 (AM) 技術(shù)，使用具有低環(huán)境足跡的材料制成，是復(fù)合材料加工的理想選擇，包括高壓釜和非高壓釜 (OOA) 方法，例如帶有外部計(jì)數(shù)器的樹(shù)脂傳遞模塑 (RTM) -模具。

Addyx 的碳外骨骼技術(shù)可以在碳纖維增強(qiáng)聚合物 (CFRP) 復(fù)合管內(nèi)生產(chǎn)模制肋骨。

所得復(fù)合材料部件的優(yōu)點(diǎn)包括：

制造時(shí)間可減少 40%。

報(bào)廢率可降低 15%。

減重高達(dá) 20%。

內(nèi)外表面的高質(zhì)量表面光潔度。

可持續(xù)性——使用自來(lái)水清洗心軸。



文章來(lái)源： 碳材料大會(huì)，碳材料科技，復(fù)材云集，悠閑的小咸魚(yú)Wool