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穿戴下一步:从智慧衣到外骨骼
研发、创新、改变世界

【作者: 王岫晨】2015年03月06日 星期五

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台湾在行动装置的发展已有了不错的成绩,

随着智慧衣与外骨骼的技术不断突破,

台湾的创新研发势必将写下历史新页。


研发创新的目的与用途千百种,然而唯有以人为本的创新研发,才能彰显其真正的价值。在千变万化的创新品项中,有两项值得关注的技术,分别是智慧衣与外骨骼。皮肤与骨骼分别是人体内外重要的两项器官,而透过科技的辅助,智慧衣与外骨骼将能从内而外,提供人们更进一步的科技新体验。


你的第二层皮肤

2015年终于到了,对于部分六年级生来说,2015年是个再熟悉不过的年份,因为早在过去的电影《回到未来》当中,就已经刻画出了2015年的科技场景。在这部电影中,2015年的街头,有会飞行的滑板、能在天上跑的车子、有立体的街头广告、还有能自动调整以符合身材的智慧衣和智慧鞋,甚至在衣服湿了之后,还能自动烘干呢。



图一 : 20年前的电影早已刻画出2015年的智能衣概念。
图一 : 20年前的电影早已刻画出2015年的智能衣概念。

图二 : 过去衣服讲究美观与舒适,但透过电子纺织技术,还要加入智能的元素。
图二 : 过去衣服讲究美观与舒适,但透过电子纺织技术,还要加入智能的元素。

图三 :
图三 :

这部老电影能在20多年前就预言未来将发生的场景,尽管手机等现代化的行动装置并没有在片中准确地预测,不过包括悬浮滑板、飞行车、立体看板等,事实上目前都已经有相关的原型产品,并持续的研究改进中。


至于智慧衣,相关研究发展其实都没有停止过。从最早期智慧衣大多都是普通的衣服外嵌一个软性显示器,搭配一个小型的嵌入式系统,来提供相关的应用操作性。简单说,大概就是一件衣服外加一个小电脑的概念。而未来的智慧衣,整体当然也离不开这样的范畴,只不过这部嵌入式电脑与衣服本体之间,将透过电子纺织的技术,让彼此更为紧密融合。


智慧衣其实就是一部穿戴式电脑,其基本元素除了具有一个硬体CPU之外,还要有能自行设定功能的软体系统,并具有联网装置,最重要的是有GPS、RF等不同用途的感测晶片。由于半导体技术与纺织技术都拥有悠久的发展史,两者一但结合,势必将激发出令人惊艳的火花,这也是电子纺织技术之所以受到注目的原因。未来的服装,将不再只是用于保暖与美观,而是兼具生理监测、健康机能、休闲娱乐、无线连结等功能的智慧衣。


电子纺织开启智慧衣新页

事实上,自从穿戴式电子风潮由Google、三星等厂商带起之后,经过一两年的酝酿,许多穿戴式装置如智慧手表、智慧眼镜等,都已经有商用化产品问世,而市场也一直都在探索下一个会火红的穿戴式装置将是什么,智慧衣势必将成为下一波穿戴装置的主力,也将是台湾创新研发的新动力。特别是台湾身为纺织大国,又是电子重镇,两者早已分别在国际市场闯出名号,若能结合两者能量,打造电子纺织的新未来,将为台湾带来更宽广的视野与商机。


目前台湾已有相关业者投入电子纺织的研发,AIQ早于2008年就已经开始透过不锈钢纤维材料来发展电子纺织,至于财团法人纺织产业综合所也透过材料、电子、感测器的共同结合,来创造纺织产业的新价值。随着更多的创意与实用性不断加入,电子纺织预期将打开一片智慧衣的光明未来。


观察目前人们的每日生活,可以一日不用手机、不上网路,但除了洗澡外,却不能一刻不穿衣服,其重要性就等同于人类的第二层皮肤。比起智慧眼镜、智慧手表等穿戴装置,智慧衣将更容易让消费者愿意去穿上它。当然,所有穿戴装置终将都得面对一样的宿命,也就是如何让消费者能持续穿戴着,而不卸下。



图四 : 外骨骼的概念在各种军事用途中,早已不是新鲜事。
图四 : 外骨骼的概念在各种军事用途中,早已不是新鲜事。

图五 :
图五 :

或许,要像是电影场景中那样,衣服湿了会自动烘干、自动调节大小来符合不同使用者的身材,就现阶段的智慧衣较难达成。某种程度上,智慧衣的定位,比较像是一种机能衣。为了让更多消费者愿意穿上它,智慧衣除了具备比较基本的凉感与保暖功能之外,甚至加入侦测心跳、体温、呼吸、血压等医疗功能。让衣服不只是衣服,赋予更多的新价值,甚至能为消费者解决生活上的问题,才是台湾致力发展智慧纺织的最重要目的。


你的钢铁骨架

一般的动物包括人类,身体的结构都是肉包骨,骨骼都是长在里面支撑起整个身体。近年来,已经有部分电影将螃蟹这种外骨骼的概念套用在人们身上,例如用钢铁衣技术来提供更强的行动力与保护力。而在现实生活中,钢铁衣的已经逐渐不再只是未来式,而是在许多地方都已经可以开始看到这种技术迈向商业实用化。


用钢铁结构来打造外骨骼,主要的目的有两种:一是让残疾人士成为正常人,二是让正常人成为超人。事实上,在这种外骨骼看似酷炫的外型背后,其实存在着许多问题,由于是要支撑整个身体,因此外骨骼结构多由钢铁所打造,整个骨架将会十分沉重,这也将对使用者造成某种程度上的行动限制,这使得这种钢铁骨架目前多半还是优先针对特殊用途来进行设计。


对于残疾人士来说,由于本身已经行动不便,甚至根本无法移动,目前常见的方式是以轮椅等方式来进行快速的移动。然而轮椅顶多只能协助残疾者移动位置,若是希望能让这些人重新站起来,甚至能靠自己步行,这就得藉由外骨骼来完成目标。


目前许多企业都开发出类似功能的仿生套装,也就是针对残疾者所设计的外骨骼,能让瘫痪的使用者完全站起来,并藉由向前倾的重量感应,来进行往前跨步的动作。这样的技术,能让残疾、瘫痪或年长的使用者完全站立行走,尽管速度不快,但对于医疗复健或居家活动来说却有非常大的帮助,也带给这些使用者更大的自信,让他们的日常生活能更贴近一般正常人的生活方式。


至于另一种用途,则是要让正常人能拥有超人的能力。近年来已有许多电影以钢铁衣为题材,强调让一般人穿上之后,就能发挥无比的力量,还能飞天遁地、坚固无比。然而这仅止于电影情节,现实生活中的外骨骼,当然无法做到这样的程度。现阶段外骨骼较为实际的应用,一是粗重工作上的辅助器材,另一则是军事相关的用途。


例如要搬动重物时,穿上类钢铁衣的外骨骼机器人,单一人力就可以用于搬运庞大的货量,对于人力的精简与成本的控管都会有相当大的帮助。至于在军事用​​途方面,穿上外骨骼可让军人在长途行军时更省力,射击时更精准,战斗时更强大,也能大幅减少地面战斗人员的伤亡。


为了让更多消费者愿意穿上,智慧衣除了基本用途外,甚至加入医疗功能。让衣服不只是衣服,赋予更多的新价值。


图六:  外骨骼能让残疾人士变正常人,让正常人变成超人。
图六:  外骨骼能让残疾人士变正常人,让正常人变成超人。

再造外骨骼新价值

现有的辅助工具对于行动不便的人士来说,存在着包括设备过重、效率不好等问题。目前全球许多厂商都已经纷纷投入研发外骨骼相关技术,而台湾也在相关研究方面也缴出了不错的成绩,例如工研院便积极投入开发相关技术,来改进现有设备的问题。研发重点在于结构轻量化、高效能驱动模组,以及适应性步态控制等,目的在于提供更优质平价的外骨骼行动辅具,让更多需要的残疾人士受惠。



图七 : 穿上外骨骼,走路变得健步如飞,轻松多了。
图七 : 穿上外骨骼,走路变得健步如飞,轻松多了。

目前工研院已经着手开发结构轻量化金属与碳纤维异质接合技术,进行结构与驱动模组的整合设计,并透过低人力、低投资的制程来降低生产费用。此外,为了提高行走效率,工研院也开发了多操作点驱动模组,提供外骨骼机器人不同情境下的扭力,来加快行走速度。而在拟人化方面,外骨骼将与使用者更融为一体,让使用者能更接近一般正常人的行走姿态与步调,甚至还能上下楼梯等。这些技术未来投入商用化之后,势必能为台湾带来更高的创新价值。


结语

随着行动装置的发展,这一两年来,穿戴式设备也随之兴起。从智慧衣到外骨骼,其实某种程度来看,也都属于穿戴式设备的范畴。台湾在行动装置的发展已经有目共睹,未来随着电子纺织与外骨骼的发展所有突破,相信还能再次打开台湾创新研发世界能见度。


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