現(xiàn)在的“小孩哥”有多厲害？一個高中生組建了一個三人團隊，正在研究有源助力人體外骨骼項目，并且在B站賬號“中東不等式”里展示了自己的研發(fā)視頻。內(nèi)蒙古鄂爾多斯的高中生白政翰與兩個小伙伴一起，親自選材、測量、編程、設(shè)計、制作樣機，并提交了專利申請。他們不但實現(xiàn)了手勢操控，甚至還考慮了量產(chǎn)的成本和模塊化問題，迅速引起網(wǎng)友們的關(guān)注。不少網(wǎng)友在評論區(qū)開玩笑表示，“現(xiàn)在三連贊當(dāng)作入股還來不來得及？”白同學(xué)告訴揚子晚報紫牛新聞記者，他們正在為10月5日在江蘇無錫召開的全國性外骨骼交流會而努力，準(zhǔn)備讓這個產(chǎn)品公開亮相，“我們把它定位為普通消費級的產(chǎn)品，理念是做平常人日常用的助力設(shè)備。”

高中生自學(xué)嵌入式開發(fā)

進行有源助力外骨骼研究

白政翰是內(nèi)蒙古鄂爾多斯康巴什高級中學(xué)（鄂爾多斯市第一中學(xué)東校區(qū)）的學(xué)生，馬上開學(xué)就讀高三。

他從小就喜歡科技類的東西，上了高中以后開始自學(xué)嵌入式開發(fā)。這種技術(shù)軟硬件結(jié)合，要為特定的硬件設(shè)備編寫軟件，讓其能按照預(yù)期的功能工作。如今嵌入式設(shè)備已經(jīng)進入千家萬戶，如智能家電、智能手表、汽車控制系統(tǒng)等都屬于這類設(shè)備。

白政翰用嵌入式技術(shù)做過一些小東西，如夜視儀，還研制了自主穿越機，參加過很多無人機比賽。在去年的第七屆全國青少年無人機大賽中，他榮獲高中組個人飛行賽全國三等獎，今年也拿過一次不錯的成績。

高中的學(xué)習(xí)任務(wù)雖然很重，但白政翰還是擠出一些時間做研究，“家里人挺支持的，最大的動力是興趣”。學(xué)校也非常支持，給他們專門配了一間工作室，并且提供了一些機器設(shè)備。

白政翰在學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)的過程中，發(fā)現(xiàn)有關(guān)人體外骨骼的研究比較熱門，對這個領(lǐng)域很感興趣。

人體外骨骼是一種可穿戴的設(shè)備，類似于“機器人盔甲”，可以增強人的力量、耐力或行動能力。它的應(yīng)用場景很廣泛，如在醫(yī)療領(lǐng)域可以幫助身體不方便的人重新獲得運動能力，在生產(chǎn)制造領(lǐng)域減輕工人在重體力勞動中的負(fù)擔(dān)，在軍事領(lǐng)域增強軍人的體力和耐力等。

人體外骨骼分為無源和有源兩大類。無源外骨骼不依賴電池或馬達(dá)等動力裝置，主要利用彈簧、減震器或支撐桿等機械結(jié)構(gòu)來分擔(dān)部分壓力，增強某些動作，讓使用者在搬重物或進行重復(fù)性勞動時，感覺更輕松，不容易疲勞。

有源外骨骼則配備了電池、馬達(dá)或繩驅(qū)、液壓系統(tǒng)，通過傳感器檢測人的動作意圖，主動提供動力，幫助使用者完成一些他們自己可能做不到的動作。如一個行走有困難的人想抬起一條腿時，傳感器會檢測到他的動作，立即驅(qū)動馬達(dá)幫助他抬腿，讓他更容易邁步。

無源外骨骼只能為某些簡單動作提供助力，有源外骨骼的應(yīng)用場景更為廣泛，但研發(fā)難度也更大。

白政翰（左）和研發(fā)同伴熊昱齊

白政翰做了一些調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市面上常見的產(chǎn)品是無源外骨骼，有源外骨骼很少，而且價格特別高，一套單價達(dá)到數(shù)十萬元。既然在學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)，他就決心研制一種低成本的有源外骨骼，方便普及應(yīng)用。

外骨骼可分為上肢外骨骼和下肢外骨骼，進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，下肢有源外骨骼已經(jīng)有很多專利和產(chǎn)品，于是他們就決定研發(fā)上肢有源助力外骨骼。

大約從去年11月開始 ，白政翰投入有源助力外骨骼研究，后來同校學(xué)妹張烜熔和中國地質(zhì)大學(xué)的熊昱齊也加入進來。三個人組成了一個團隊，一邊自學(xué)，一邊設(shè)計，購買材料進行試驗。從電路板到機械結(jié)構(gòu)，很多設(shè)計都需要他們自己來完成。

大半年時間迭代數(shù)次

單臂增強12公斤額外力量

外骨骼的技術(shù)難點主要是動作預(yù)測，然后是動力反饋，因為機器要識別人體的意圖。

機器狗、無人機等很多嵌入式設(shè)備都可以找到開源方案進行參考，從而大大降低開發(fā)難度。白政翰的小團隊曾經(jīng)尋找過有源外骨骼的開源方案，但在網(wǎng)上沒有找到開源系統(tǒng)，只有幾篇關(guān)于控制的論文可以參考，所以只能自己寫程序。

每天上完課寫完作業(yè)，白政翰一半的自習(xí)時間都“泡”在工作室里。因為沒有更多的人可以協(xié)作，研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)了很多漏洞和問題，遇到過數(shù)不清的困難和瓶頸，“一般情況下，我們會一起商討解決方案，實在不行就在網(wǎng)上找資料，反正一直都在不斷前進。有時定做配件需要比較長的時間，那就得耐心等待。”

白政翰和同伴設(shè)計的有源外骨骼設(shè)備

4月18日，他們在B站發(fā)了一個研發(fā)有源外骨骼的視頻，迅速引起網(wǎng)友們的關(guān)注，“其實當(dāng)時已經(jīng)做過兩代了，但還在測試機械結(jié)構(gòu)等問題。”現(xiàn)在他們所用的版型是在5月份左右確定的。

他們設(shè)計的有源外骨骼方案利用壓力檢測和IMU慣性測量等傳感器進行控制，“這樣成本比較低，幾個傳感器結(jié)合起來，導(dǎo)入一個大模型以后，基本上可以預(yù)測用戶的大部分動作，然后實時輸出實際需要的助力等級以及方向。”

因為前期使用的傳感器比較少，白政翰和張烜熔、熊昱齊進行測試并且與一些使用者溝通之后發(fā)現(xiàn)，有時只是肌肉收縮，比如攥了個拳，會有誤觸或者誤判的風(fēng)險，“比如我沒有想往這個方向用力，但是它會向這個方向收縮一下，我們正在改進，現(xiàn)在也有解決方案了，要考慮到所有的使用場景。”

白政翰說，他們這款有源外骨骼從年初開始研發(fā)，用了大半年時間，已經(jīng)迭代了好幾次，“B站視頻里的那一代基本上已淘汰了，我們下一步要以產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)來做外骨骼，重新設(shè)計電路，定做了一批集成電路，全部換成自己的東西。電源目前是穿越機上用的，有不少缺陷，如果要走產(chǎn)品化道路，我們打算重新找廠家定制。電機還是原來的，結(jié)構(gòu)基本不變，但在整體上重做了一套新的?，F(xiàn)在用的背板是國內(nèi)最輕的，是鍍銀鎂鋰鈣合金的最新技術(shù)，再套一個外殼。”

白政翰的工作臺

前些天白政翰去了武漢，到中國地質(zhì)大學(xué)交流學(xué)習(xí)，進行了10天夜以繼日的開發(fā)，那段時間進度比較快，讓他感到非常高興。

他們的這個有源助力外骨骼設(shè)備成本現(xiàn)在大約是1萬元左右。白政翰說：“目前我們測算單臂可增強12公斤的額外力量，因為它是分體式結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)是軟質(zhì)的，很貼合人體，所以基本上是全向的，不會影響到活動，不會存在機械結(jié)構(gòu)卡住等情況。”

定位為普通消費級產(chǎn)品

目標(biāo)：做平常人的助力設(shè)備

在學(xué)校和市場監(jiān)督管理局等機構(gòu)的支持下，白政翰、張烜熔、熊昱齊從5月份開始申請專利，7月20日正式提交。他們表示，國家專利申請一般需要兩三年以上的時間，他們因為符合內(nèi)蒙古重點項目預(yù)審，走了快速通道，預(yù)計會大大縮短審批時間。

白政翰說，“這個有源外骨骼不是特別高科技的技術(shù)，只不過是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進行改造，有創(chuàng)新性的產(chǎn)品。我們把它定位為普通消費級的產(chǎn)品，理念是做平常人日常用的助力設(shè)備。理想情況是普通消費者用它做日常運動，物流、裝修等企業(yè)員工也可以配備，只要成本能降下來，市場前景還是挺大的。”

白政翰的工作臺

最近一段時間，他們團隊正在為一個目標(biāo)忙碌。“10月5日我們要去無錫參加一個外骨骼的全國性交流會，最終版本的產(chǎn)品可能會在那里亮相，很多大學(xué)、企業(yè)和投資者都會參加，我們在那里有一個自己的展臺。”

不過他們也有煩惱，因為某些定做的硬件還沒有到貨，程序方面也有一些難關(guān)，“因為已經(jīng)涉及到研究生和專業(yè)工程師的知識，我們自己一邊自學(xué)一邊寫，進度有點慢。最近全力以赴圍繞著10月5日的活動展開工作，把硬件先做好。”

明年即將參加高考，無錫的活動結(jié)束后，白政翰就準(zhǔn)備把重心放在高考上，開發(fā)工作主要讓另外兩個伙伴來做，他也在考慮以后讀什么專業(yè)，“我的興趣是機電、信息、電子自動化之類的專業(yè)。地質(zhì)大學(xué)那位同學(xué)就是機電專業(yè)的，我們前段時間在他們的專業(yè)實驗室里做過研究，感覺挺不錯。”