研究人员设计可穿戴外骨骼

根据职业安全与健康管理局美国每年有十分之一的建筑工地工人受伤，21%的工人死亡事故发生在建筑工地。希望提高工人的安全和效率，路易斯安那州立大学和罗格斯大学研究人员正在合作开发一种综合、多学科的方法，将新兴的机器人技术，如可穿戴外骨骼，引入建筑行业，将节省生命和时间。

研究人员从美国国家科学基金会(National Science Foundation)获得了15万美元的计划拨款，作为该基金会“人类技术前沿(Human-Technology Frontier, FW-HTF)的10大想法——未来工作计划”的一部分，以开发一种外骨骼。该奖项给予路易斯安那州立大学和罗格斯大学一年的时间来创建一个研究团队，以在3月份竞争300万美元的研究经费。到目前为止，他们的项目处于领先地位，因为几乎没有(如果有的话)建筑公司真正采用了外骨骼技术。

这个FW-HTF项目有三个目标:为建筑工人开发轻便、灵活、高性能、个性化的可穿戴外骨骼;开发基于机器学习的建筑中的人类技能建模和培训;并发起新的跨学科合作，促进与行业伙伴和利益相关者的合作。

“建筑工人受伤有三个原因，”路易斯安那州立大学工程学教授Fereydoun Aghazadeh说。“第一，他们累了。第二，这项任务超出了他们的能力。第三，他们没有经过适当的训练。如果他们没有能力做体力活，我们怎么能提高他们的体力?我们可以给他们更多的能量。这个项目就是为了这个。”

作为该项目的首席研究员，王说，目前市场上有一些外骨骼产品，但它们主要针对工业/制造环境。外骨骼在建筑施工中仍然是一个新概念，因为施工现场更加动态和复杂。

“我们正在研究如何探索个性化的外骨骼或机器人技术，”路易斯安那州立大学助理教授Chao Wang说。“在一个制造工厂，一个工人可能每天做同样的事情1000次。它是重复的，这对外骨骼来说是完美的，因为他们只为一项任务设计它。建筑工地就大不一样了。你必须能够爬楼梯，行走，蹲下，以及根据你所从事的行业不同的水平。

“这使得设计外骨骼变得很困难，因为你需要一些可以帮助完成所有这些任务的东西。我们正在研究如何使外骨骼足够智能，以识别建筑工人正在做的任务，并调整其功率水平和控制策略，以更有效地协助工作。”

研究人员将研究每个施工人员执行的任务，以开发和训练适合不同施工任务的外骨骼。他们将考虑机器人外骨骼是否应该支撑上半身或下半身，以及应该给予多大的力量。

王说:“在医疗和军事应用中，你可以在从底部提供支撑的同时，佩戴下肢外骨骼以防止摔倒。”“然而，在建筑工地，当你经常跪着或蹲着时，如果能量水平和控制策略设置不当，外骨骼就会产生很大的阻力。机器人必须足够聪明，知道你想做什么，你的下一步行动是什么，所以它必须做出相应的调整。”

机器人金属框架外骨骼不仅可以提高建筑工人的安全，而且可以延长他们的工作寿命。

“在机器人的帮助下，这些老年工人仍然可以工作，”王说。“这样一来，当年轻工人进来时，他们可以向年长、更有经验的工人学习，后者有更多的知识可以传授。”

阿加扎德说:“人们的寿命越来越长，所以社会必须支持他们，这样他们才能继续工作。”

该团队表示，这个项目的动机来自美国的劳动力短缺。在墨西哥湾沿岸有很多建筑工作，但没有足够的工人。他说，造成劳动力短缺的原因是建筑工人的老龄化或因受伤而退休，以及从事建筑工作的年轻人减少。

通过外骨骼来减少受伤的风险，更多的建筑工人可以安全高效地工作更长的时间。研究团队表示，这也将为更多女性打开大门，让她们能够从事曾经只有男性才能从事的工作。

该团队正在努力解决一些问题，比如外骨骼的成本，以及由于它将由电池供电，如何在不同的天气条件下安全工作。该团队与尚未意识到这项技术的行业公司和贸易学校合作，但会帮助他们开发更好的产品。

阿加扎德说:“这需要工业和社会共同努力才能实现。”