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火爆科幻电影的外骨骼走进现实,碳纤维外骨骼技术又有新突破

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火爆科幻电影的外骨骼走进现实,碳纤维外骨骼技术又有新突破

发布日期:2023-04-10 作者:网络 点击:

在许多的美国科幻电影中,外骨骼都出现过,他们帮助一个人举起或携带较重的负荷,跑的更快,跳的更高,帮助战士更好地进行战斗,有更好地保护,携带更多的武器和装备,并具有比正常人更强的体能。现实生活中这种外骨骼也被研发出来了,而且由碳纤维制造的外骨骼相比传统金属材质优势明显


一、关于碳纤维外骨骼

随着科技的发展,机器人外骨骼成为科研人员研究的重点对象,机器人外骨骼的研发不论对于国防建设还是民用领域,都有着极为重大的意义。影响机器人外骨骼的因素有很多,其中轻量化占据着很大的比重。

外骨骼(exoskeleton)原指为生物提供保护和支持的坚硬的外部结构。外骨骼机器人( exoskeleton robot)可理解为一种结合了人的智能和机器人机械能量的人机结合可穿戴装备。外骨骼机器人技术在许多领域有着很好的应用前景。

实验表明碳纤维机器人外骨骼与传统金属材质相比有着很多优势,其耐腐蚀、耐高温、强度高、质量轻等特性可以让机器人外骨骼更好地发挥其性能。


二、碳纤维骨骼应用领域

1、民用领域

在民用领域中碳纤维机器人外骨骼通常用于康复治疗中,它是一种可以像穿衣服一样穿在身体上的智能机器人,帮助穿戴者跑得更快、力气更大、耐力更强。通常关于碳纤维机器人的外骨骼动力方面,它们使用放置在关节处的电机来实现,其将力传递到移动穿着者腿部的刚性部件。但是,机器人外骨骼存在着一个搁置了多年的难题,那就是它们不能转身,只能往一个方向一直前进。加利福尼亚州斯坦福大学的学者Steve Collins曾说过,“帮助人们转身是非常重要的,但很少被解决。”碳纤维外骨骼,是一种可穿戴设备,可充当放大器并有助于恢复人类行动。它结合了机器动力和人类智能,以提高机器的智能,方便操作。外骨骼可以广泛的覆盖整个身体,如人的上半身或下半身,甚至身体的特殊部分,脚踝或臀部。它们可以供电并配备传感器和执行器,也可以处于被动状态。简单的电子电路,带执行器和电池,增强紧固和控制技术,有助于我们的日常任务更高效。


2、军用领域

在军用方面,碳纤维外骨骼需要有着强大的动力,外骨骼可以以不同的方式得到加强。供电的外骨骼使用电池或电源线激活传感器和执行器。在静态外骨骼中,与动态外骨骼不同,驱动程序应始终保持打开以保持设备的形状,而在动态外骨骼中,驱动程序不必随时打开,这样可以更节能。被动外骨骼没有任何发电手段,可用于重新分配、放大、减轻或锁定重量。混合外骨骼是带控制器和传感器的动力外骨骼,但积极使用肌肉的FES功能(功能电刺激)进行驱动。在野外作战才能使机器人外骨骼能够长久地发挥作用,更有效的辅助士兵搬运物资等。

碳纤维复合材料的问世是材料领域的一大进步,可以满足一些特殊环境对于材料的特殊要求,使用碳纤维复合材料制作机器人外骨骼,可以大大降低能源消耗。并且其耐腐蚀的特性可以让其工作时间得到提升,不必因为被腐蚀而不得不整体更换。


三、碳外骨骼领域内新突破

1、防水的第 5 代 Cray X

German Bionic第五代碳纤维外骨骼主动步行辅助与背部支撑双智能,通过主动步行辅助和其他开创性技术在手动处理环境中增加人类增强的新维度。

第 5 代 Cray X 继承了其前身的碳纤维框架、物联网功能和智能工厂集成,但现在配备了更强大的电池,旨在为用户提供更长时间的电力。当电量不足时,40V 电池也可以快速更换为新电池,以保持生产线运转。

除了保护佩戴者的下背部外,这款新型号还提供主动步行辅助——因此工人在拿起高达 66 磅(30 公斤)的负载时得到支持,将它们带到他们需要去的地方,并在需要时放下它们他们到达那里。

第5代Cray X外骨骼全连接,兼容智能工厂,并包含基于AI的安全系统,可对不正确的举重操作或不良姿势发出警告。

设计中内置了新用户的辅助系统,在集成显示屏上显示提示和说明,让他们快速安全地启动和运行,而基于人工智能的人体工程学预警系统会提醒佩戴者姿势不良或举升方法不正确. 管理人员可以监控和记录环境和社会治理报告的这些事情。

IP54 防水使得可以在干燥、潮湿或多尘的室外环境中使用,为“建筑工地、室外仓库或汽车修理厂”打开了平台。

与其前身一样,重量轻的碳纤维结构Cray X可轻松连接到工业物联网平台和所有智能工厂生态系统,促进业务流程的真正集成。


2、Addyx 开发水溶性膨胀心轴为生产提供新自由

使用水溶性芯轴,碳素外骨骼为拓扑优化的复合材料打开了范例,减少了重量、制造时间和废品率。

Addyx 开发了创新技术,使用增材制造 (AM) 系统和新型冲洗型心轴,可以模制碳纤维增强筋——例如,在中空管内。

Addyx Srl(意大利蒙特西尔瓦诺)开发了碳外骨骼,这是一种用于先进复合材料结构的创新技术,包括在模制空心组件内部进行拓扑优化的单向 (UD) 碳纤维增强复合肋条。

使用 Addyx 的 WSM-170 水溶性膨胀心轴获得的碳外骨骼技术为设计和生产具有复杂几何形状的中空复合材料部件提供了新的自由。此外,据说它可以促进复合结构的拓扑优化,提高机械性能,包括刚度和强度重量比,同时也是一种提高抗冲击性的轻量化综合方法。

WSM-170 采用增材制造 (AM) 技术,使用具有低环境足迹的材料制成,是复合材料加工的理想选择,包括高压釜和非高压釜 (OOA) 方法,例如带有外部计数器的树脂传递模塑 (RTM) -模具。

Addyx 的碳外骨骼技术可以在碳纤维增强聚合物 (CFRP) 复合管内生产模制肋骨。

所得复合材料部件的优点包括:

制造时间可减少 40%。

报废率可降低 15%。

减重高达 20%。

内外表面的高质量表面光洁度。

可持续性——使用自来水清洗心轴。



文章来源: 碳材料大会,碳材料科技,复材云集,悠闲的小咸鱼Wool

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