水下很“给力”！深圳科研团队研发“潜水动力装甲”

来源：读特

近年来，随着人工智能、机器人和智能感知技术的发展，外骨骼机器人逐渐从登山、徒步等陆地场景走向水下作业、深海探测等复杂极端环境。

10月21日，中国科学院深圳先进技术研究院吴新宇研究员团队发表最新研究成果，系统阐述了水下外骨骼在系统研制和人机交互方面的技术框架与发展路径，为水下助力装备研发提供了新的思路。

为潜水员穿上“动力装甲”

与陆地运动不同，潜水员在水下需要持续应对高压、低温等复杂环境，每一次打腿、转向都会消耗体力。由于潜水气瓶中的气体总量有限，体能消耗还会影响呼吸频率和水下作业时间。

为此，科研团队研发了柔性潜水外骨骼系统PEAKED。当潜水员进行交替打腿、蛙泳腿或水下行进时，设备可通过驱动机构和绳索传动，为髋关节提供辅助力，帮助人体完成相应动作。

如何让设备跟上人的运动节奏，是研发中的关键难题。潜水员的打腿幅度、频率和节奏会不断变化，如果外骨骼不能及时识别，助力就可能与人体动作不匹配，甚至增加运动阻力。

水下外骨骼系统为潜水员提供准确助力。

针对这一问题，团队通过采集人体下肢的惯性信息，识别潜水员不同的运动状态，并据此调整助力时机，让设备更好地配合人体运动节奏。

呼吸气体消耗降低近三成

实验结果显示，使用外骨骼辅助水下交替打腿、蛙泳腿和水下行走时，潜水员的呼吸分钟通气量（RMV）分别降低29.77%、25.70%和18.35%。这一指标反映了单位时间内的呼吸通气量，是评估潜水运动呼吸负担的重要指标之一。

在一项50米水下冲刺测试中，同一名潜水员关闭外骨骼助力时，用时为1分57秒；开启助力后，用时缩短至1分48秒，快了将近10秒。相关实验验证了水下外骨骼在降低呼吸负担、改善运动表现方面的有效性。

潜水员使用外骨骼系统PEAKED冲刺。

针对不同水下运动需求，团队还开发出柔性和刚性两条技术路线。柔性外骨骼通过绳索等部件传递驱动力，能够减少机械结构对肢体活动的约束；刚性外骨骼则采用紧凑的机械结构，通过刚性传动机构为人体关节提供辅助力矩。两条技术路线为未来面向不同需求的水下外骨骼开发积累了技术基础。

团队研发的PEAKED系统在深圳大澳湾海试。

下一步，科研团队将进一步探索个性化、任务自适应的水下助力技术，使外骨骼能够根据不同潜水员的身体参数、运动方式和任务需求动态调整辅助策略，实现更加精细的水下人机协同，为水下作业和深海探测等应用提供技术支撑。