現在的“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，並且在B站賬號“中東不等式”裏展示了自己的研發視頻。內蒙古鄂爾多斯的高中生白政翰與兩個小夥伴一起，親自選材、測量、編程、設計、製作樣機，並提交了專利申請。他們不但實現了手勢操控，甚至還考慮了量產的成本和模塊化問題，迅速引起網友們的關注。不少網友在評論區開玩笑表示，“現在三連讚當作入股還來不來得及？”白同學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，準備讓這個產品公開亮相，“我們把它定位為普通消費級的產品，理念是做平常人日常用的助力設備。”
高中生自學嵌入式開發
進行有源助力外骨骼研究
白政翰是內蒙古鄂爾多斯康巴什高級中學（鄂爾多斯市第一中學東校區）的學生，馬上開學就讀高三。
他從小就喜歡科技類的東西，上了高中以後開始自學嵌入式開發。這種技術軟硬件結合，要為特定的硬件設備編寫軟件，讓其能按照預期的功能工作。如今嵌入式設備已經進入千家萬戶，如智能家電、智能手表、yabo80 控製係統等都屬於這類設備。
白政翰用嵌入式技術做過一些小東西，如夜視儀，還研製了自主穿越機，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。
高中的學習任務雖然很重，但白政翰還是擠出一些時間做研究，“家裏人挺支持的，最大的動力是興趣”。學校也非常支持，給他們專門配了一間工作室，並且提供了一些機器設備。
白政翰在學習嵌入式開發的過程中，發現有關人體外骨骼的研究比較熱門，對這個領域很感興趣。
人體外骨骼是一種可穿戴的設備，類似於“機器人盔甲”，可以增強人的力量、耐力或行動能力。它的應用場景很廣泛，如在醫療領域可以幫助身體不方便的人重新獲得運動能力，在生產製造領域減輕工人在重體力勞動中的負擔，在軍事領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等動力裝置，主要利用彈簧、減震器或支撐杆等機械結構來分擔部分壓力，增強某些動作，讓使用者在搬重物或進行重複性勞動時，感覺更輕鬆，不容易疲勞。
有源外骨骼則配備了電池、馬達或繩驅、液壓係統，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，立即驅動馬達幫助他抬腿，讓他更容易邁步。
無源外骨骼隻能為某些簡單動作提供助力，有源外骨骼的應用場景更為廣泛，但研發難度也更大。
白政翰（左）和研發同伴熊昱齊
白政翰做了一些調研，發現市麵上常見的產品是無源外骨骼，有源外骨骼很少，而且價格特別高，一套單價達到數十萬元。既然在學習嵌入式開發，他就決心研製一種低成本的有源外骨骼，方便普及應用。
外骨骼可分為上肢外骨骼和下肢外骨骼，進一步調查發現，下肢有源外骨骼已經有很多專利和產品，於是他們就決定研發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，後來同校學妹張烜熔和中國地質大學的熊昱齊也加入進來。三個人組成了一個團隊，一邊自學，一邊設計，購買材料進行試驗。從電路板到機械結構，很多設計都需要他們自己來完成。
大半年時間迭代數次
單臂增強12公斤額外力量
外骨骼的技術難點主要是動作預測，然後是動力反饋，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備都可以找到開源方案進行參考，從而大大降低開發難度。白政翰的小團隊曾經尋找過有源外骨骼的開源方案，但在網上沒有找到開源係統，隻有幾篇關於控製的論文可以參考，所以隻能自己寫程序。
每天上完課寫完作業，白政翰一半的自習時間都“泡”在工作室裏。因為沒有更多的人可以協作，研發過程中發現了很多漏洞和問題，遇到過數不清的困難和瓶頸，“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。”
白政翰和同伴設計的有源外骨骼設備
4月18日，他們在B站發了一個研發有源外骨骼的視頻，迅速引起網友們的關注，“其實當時已經做過兩代了，但還在測試機械結構等問題。”現在他們所用的版型是在5月份左右確定的。
他們設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製，“這樣成本比較低，幾個傳感器結合起來，導入一個大模型以後，基本上可以預測用戶的大部分動作，然後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、熊昱齊進行測試並且與一些使用者溝通之後發現，有時隻是肌肉收縮，比如攥了個拳，會有誤觸或者誤判的風險，“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，用了大半年時間，已經迭代了好幾次，“B站視頻裏的那一代基本上已淘汰了，我們下一步要以產品的標準來做外骨骼，重新設計電路，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，如果要走產品化道路，我們打算重新找廠家定製。電機還是原來的，結構基本不變，但在整體上重做了一套新的。現在用的背板是國內最輕的，是鍍銀鎂鋰鈣合金的最新技術，再套一個外殼。”
白政翰的工作台
前些天白政翰去了武漢，到中國地質大學交流學習，進行了10天夜以繼日的開發，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備成本現在大約是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，因為它是分體式結構，連接結構是軟質的，很貼合人體，所以基本上是全向的，不會影響到活動，不會存在機械結構卡住等情況。”
定位為普通消費級產品
目標：做平常人的助力設備
在學校和市場監督管理局等機構的支持下，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，他們因為符合內蒙古重點項目預審，走了快速通道，預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，隻不過是根據現有技術進行改造，有創新性的產品。我們把它定位為普通消費級的產品，理念是做平常人日常用的助力設備。理想情況是普通消費者用它做日常運動，物流、裝修等企業員工也可以配備，隻要成本能降下來，市場前景還是挺大的。”
白政翰的工作台
最近一段時間，他們團隊正在為一個目標忙碌。“10月5日我們要去無錫參加一個外骨骼的全國性交流會，最終版本的產品可能會在那裏亮相，很多大學、企業和投資者都會參加，我們在那裏有一個自己的展台。”
不過他們也有煩惱，因為某些定做的硬件還沒有到貨，程序方麵也有一些難關，“因為已經涉及到研究生和專業工程師的知識，我們自己一邊自學一邊寫，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，無錫的活動結束後，白政翰就準備把重心放在高考上，開發工作主要讓另外兩個夥伴來做，他也在考慮以後讀什麼專業，“我的興趣是機電、信息、電子自動化之類的專業。地質大學那位同學就是機電專業的，我們前段時間在他們的專業實驗室裏做過研究，感覺挺不錯。”
紫牛新聞記者｜宋世峰
編輯｜萬承源
剪輯｜萬惠娟
主編｜陳迪晨
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