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穿戴下一步:從智慧衣到外骨骼
研發、創新、改變世界

【作者: 王岫晨】   2015年03月06日 星期五

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台灣在行動裝置的發展已有了不錯的成績,

隨著智慧衣與外骨骼的技術不斷突破,

台灣的創新研發勢必將寫下歷史新頁。


研發創新的目的與用途千百種,然而唯有以人為本的創新研發,才能彰顯其真正的價值。在千變萬化的創新品項中,有兩項值得關注的技術,分別是智慧衣與外骨骼。皮膚與骨骼分別是人體內外重要的兩項器官,而透過科技的輔助,智慧衣與外骨骼將能從內而外,提供人們更進一步的科技新體驗。


你的第二層皮膚

2015年終於到了,對於部分六年級生來說,2015年是個再熟悉不過的年份,因為早在過去的電影《回到未來》當中,就已經刻畫出了2015年的科技場景。在這部電影中,2015年的街頭,有會飛行的滑板、能在天上跑的車子、有立體的街頭廣告、還有能自動調整以符合身材的智慧衣和智慧鞋,甚至在衣服濕了之後,還能自動烘乾呢。



圖一 :   20年前的電影早已刻畫出2015年的智慧衣概念。
圖一 : 20年前的電影早已刻畫出2015年的智慧衣概念。

圖二 :  過去衣服講究美觀與舒適,但透過電子紡織技術,還要加入智慧的元素。
圖二 :  過去衣服講究美觀與舒適,但透過電子紡織技術,還要加入智慧的元素。

圖三 :  
圖三 :  

這部老電影能在20多年前就預言未來將發生的場景,儘管手機等現代化的行動裝置並沒有在片中準確地預測,不過包括懸浮滑板、飛行車、立體看板等,事實上目前都已經有相關的原型產品,並持續的研究改進中。


至於智慧衣,相關研究發展其實都沒有停止過。從最早期智慧衣大多都是普通的衣服外嵌一個軟性顯示器,搭配一個小型的嵌入式系統,來提供相關的應用操作性。簡單說,大概就是一件衣服外加一個小電腦的概念。而未來的智慧衣,整體當然也離不開這樣的範疇,只不過這部嵌入式電腦與衣服本體之間,將透過電子紡織的技術,讓彼此更為緊密融合。


智慧衣其實就是一部穿戴式電腦,其基本元素除了具有一個硬體CPU之外,還要有能自行設定功能的軟體系統,並具有聯網裝置,最重要的是有GPS、RF等不同用途的感測晶片。由於半導體技術與紡織技術都擁有悠久的發展史,兩者一但結合,勢必將激發出令人驚艷的火花,這也是電子紡織技術之所以受到注目的原因。未來的服裝,將不再只是用於保暖與美觀,而是兼具生理監測、健康機能、休閒娛樂、無線連結等功能的智慧衣。


電子紡織開啟智慧衣新頁

事實上,自從穿戴式電子風潮由Google、三星等廠商帶起之後,經過一兩年的醞釀,許多穿戴式裝置如智慧手錶、智慧眼鏡等,都已經有商用化產品問世,而市場也一直都在探索下一個會火紅的穿戴式裝置將是什麼,智慧衣勢必將成為下一波穿戴裝置的主力,也將是台灣創新研發的新動力。特別是台灣身為紡織大國,又是電子重鎮,兩者早已分別在國際市場闖出名號,若能結合兩者能量,打造電子紡織的新未來,將為台灣帶來更寬廣的視野與商機。


目前台灣已有相關業者投入電子紡織的研發,AIQ早於2008年就已經開始透過不銹鋼纖維材料來發展電子紡織,至於財團法人紡織產業綜合所也透過材料、電子、感測器的共同結合,來創造紡織產業的新價值。隨著更多的創意與實用性不斷加入,電子紡織預期將打開一片智慧衣的光明未來。


觀察目前人們的每日生活,可以一日不用手機、不上網路,但除了洗澡外,卻不能一刻不穿衣服,其重要性就等同於人類的第二層皮膚。比起智慧眼鏡、智慧手錶等穿戴裝置,智慧衣將更容易讓消費者願意去穿上它。當然,所有穿戴裝置終將都得面對一樣的宿命,也就是如何讓消費者能持續穿戴著,而不卸下。



圖四 :  外骨骼的概念在各種軍事用途中,早已不是新鮮事。
圖四 :  外骨骼的概念在各種軍事用途中,早已不是新鮮事。

圖五 :  
圖五 :  

或許,要像是電影場景中那樣,衣服濕了會自動烘乾、自動調節大小來符合不同使用者的身材,就現階段的智慧衣較難達成。某種程度上,智慧衣的定位,比較像是一種機能衣。為了讓更多消費者願意穿上它,智慧衣除了具備比較基本的涼感與保暖功能之外,甚至加入偵測心跳、體溫、呼吸、血壓等醫療功能。讓衣服不只是衣服,賦予更多的新價值,甚至能為消費者解決生活上的問題,才是台灣致力發展智慧紡織的最重要目的。


你的鋼鐵骨架

一般的動物包括人類,身體的結構都是肉包骨,骨骼都是長在裡面支撐起整個身體。近年來,已經有部分電影將螃蟹這種外骨骼的概念套用在人們身上,例如用鋼鐵衣技術來提供更強的行動力與保護力。而在現實生活中,鋼鐵衣的已經逐漸不再只是未來式,而是在許多地方都已經可以開始看到這種技術邁向商業實用化。


用鋼鐵結構來打造外骨骼,主要的目的有兩種:一是讓殘疾人士成為正常人,二是讓正常人成為超人。事實上,在這種外骨骼看似酷炫的外型背後,其實存在著許多問題,由於是要支撐整個身體,因此外骨骼結構多由鋼鐵所打造,整個骨架將會十分沈重,這也將對使用者造成某種程度上的行動限制,這使得這種鋼鐵骨架目前多半還是優先針對特殊用途來進行設計。


對於殘疾人士來說,由於本身已經行動不便,甚至根本無法移動,目前常見的方式是以輪椅等方式來進行快速的移動。然而輪椅頂多只能協助殘疾者移動位置,若是希望能讓這些人重新站起來,甚至能靠自己步行,這就得藉由外骨骼來完成目標。


目前許多企業都開發出類似功能的仿生套裝,也就是針對殘疾者所設計的外骨骼,能讓癱瘓的使用者完全站起來,並藉由向前傾的重量感應,來進行往前跨步的動作。這樣的技術,能讓殘疾、癱瘓或年長的使用者完全站立行走,儘管速度不快,但對於醫療復健或居家活動來說卻有非常大的幫助,也帶給這些使用者更大的自信,讓他們的日常生活能更貼近一般正常人的生活方式。


至於另一種用途,則是要讓正常人能擁有超人的能力。近年來已有許多電影以鋼鐵衣為題材,強調讓一般人穿上之後,就能發揮無比的力量,還能飛天遁地、堅固無比。然而這僅止於電影情節,現實生活中的外骨骼,當然無法做到這樣的程度。現階段外骨骼較為實際的應用,一是粗重工作上的輔助器材,另一則是軍事相關的用途。


例如要搬動重物時,穿上類鋼鐵衣的外骨骼機器人,單一人力就可以用於搬運龐大的貨量,對於人力的精簡與成本的控管都會有相當大的幫助。至於在軍事用途方面,穿上外骨骼可讓軍人在長途行軍時更省力,射擊時更精準,戰鬥時更強大,也能大幅減少地面戰鬥人員的傷亡。


為了讓更多消費者願意穿上,智慧衣除了基本用途外,甚至加入醫療功能。讓衣服不只是衣服,賦予更多的新價值。


圖六 :  外骨骼能讓殘疾人士變正常人,讓正常人變成超人。
圖六 :  外骨骼能讓殘疾人士變正常人,讓正常人變成超人。

再造外骨骼新價值

現有的輔助工具對於行動不便的人士來說,存在著包括設備過重、效率不好等問題。目前全球許多廠商都已經紛紛投入研發外骨骼相關技術,而台灣也在相關研究方面也繳出了不錯的成績,例如工研院便積極投入開發相關技術,來改進現有設備的問題。研發重點在於結構輕量化、高效能驅動模組,以及適應性步態控制等,目的在於提供更優質平價的外骨骼行動輔具,讓更多需要的殘疾人士受惠。



圖七 :  穿上外骨骼,走路變得健步如飛,輕鬆多了。
圖七 :  穿上外骨骼,走路變得健步如飛,輕鬆多了。

目前工研院已經著手開發結構輕量化金屬與碳纖維異質接合技術,進行結構與驅動模組的整合設計,並透過低人力、低投資的製程來降低生產費用。此外,為了提高行走效率,工研院也開發了多操作點驅動模組,提供外骨骼機器人不同情境下的扭力,來加快行走速度。而在擬人化方面,外骨骼將與使用者更融為一體,讓使用者能更接近一般正常人的行走姿態與步調,甚至還能上下樓梯等。這些技術未來投入商用化之後,勢必能為台灣帶來更高的創新價值。


結語

隨著行動裝置的發展,這一兩年來,穿戴式設備也隨之興起。從智慧衣到外骨骼,其實某種程度來看,也都屬於穿戴式設備的範疇。台灣在行動裝置的發展已經有目共睹,未來隨著電子紡織與外骨骼的發展所有突破,相信還能再次打開台灣創新研發世界能見度。


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