近年来，外骨骼技术逐渐受到各国研究者的重视，人们对这类技术的了解也来自一些科幻电影（图12.6）。实际上，作为人体运动系统的延伸，外骨骼技术正逐步走入现实，常用以恢复或增强人体的运动能力［6］。常见的外骨骼技术包括机械服、仿生假肢或运动辅助装置等智能化机械装备。外骨骼技术的出现很好地弥补了传统治疗方法的缺陷，为肢体功能再造提供了新的思路，其驱动方式和人机交互系统的技术进步日新月异。常见的驱动方式主要包括传统的电机或液压驱动、柔性人工肌肉驱动；人机交互系统的设计方案主要包括肢体映射控制、生物电控制、直接力反馈控制、体域网传感反馈控制以及人体感觉反馈等。
图12.6 科幻电影《明日边缘》中展示的人体外骨骼技术(www.xing528.com)
从材料学革新角度出发，基于液态金属的液固相转换机制，Deng等［7］提出并证实了一种“液态金属人体外骨骼技术”。这种新概念型机械关节存在柔性和刚性两种工作状态。平时工作状态下，低熔点金属吸热熔化并处于液态，柔性程度高，在体穿戴舒适感好，整个机械关节因此可在柔性关节处灵活弯折或扭转，以作为人体外骨骼执行重物搬运动作；一旦需要执行高强度任务如上肢关节运动至需要承重的位置时（人体外骨骼保持搬运动作），关节内的液态金属会在半导体制冷器作用下快速固化变硬，机械关节于是切换至刚性固体状态，整个机械关节装置从而可承受巨大的拉伸或扭转应力（图12.7），这就有效地缓解了肘关节需要承受的重物拉力。整个工作过程无驱动部件，响应迅速，灵活性好。新技术好比科幻影片《钢铁侠》中所展示的那种盔甲，预计在高柔性、高强度人体外骨骼领域具有广阔的发展前景。
图12.7 用于人体上肢的液态金属外骨骼（a）及其力学承重能力（b）［7］
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