現(xiàn)在的“小孩哥”有多厲害？一個(gè)高中生組建了一個(gè)三人團(tuán)隊(duì)，正在研究有源助力人體外骨骼項(xiàng)目，并且在B站賬號(hào)“中東不等式”里展示了自己的研發(fā)視頻。內(nèi)蒙古鄂爾多斯的高中生白政翰與兩個(gè)小伙伴一起，親自選材、測(cè)量、編程、設(shè)計(jì)、制作樣機(jī)，并提交了專利申請(qǐng)。他們不但實(shí)現(xiàn)了手勢(shì)操控，甚至還考慮了量產(chǎn)的成本和模塊化問(wèn)題，迅速引起網(wǎng)友們的關(guān)注。不少網(wǎng)友在評(píng)論區(qū)開(kāi)玩笑表示，“現(xiàn)在三連贊當(dāng)作入股還來(lái)不來(lái)得及？”白同學(xué)告訴揚(yáng)子晚報(bào)紫牛新聞?dòng)浾撸麄冋跒?0月5日在江蘇無(wú)錫召開(kāi)的全國(guó)性外骨骼交流會(huì)而努力，準(zhǔn)備讓這個(gè)產(chǎn)品公開(kāi)亮相，“我們把它定位為普通消費(fèi)級(jí)的產(chǎn)品，理念是做平常人日常用的助力設(shè)備。”

高中生自學(xué)嵌入式開(kāi)發(fā)

進(jìn)行有源助力外骨骼研究

白政翰是內(nèi)蒙古鄂爾多斯康巴什高級(jí)中學(xué)（鄂爾多斯市第一中學(xué)東校區(qū)）的學(xué)生，馬上開(kāi)學(xué)就讀高三。

他從小就喜歡科技類的東西，上了高中以后開(kāi)始自學(xué)嵌入式開(kāi)發(fā)。這種技術(shù)軟硬件結(jié)合，要為特定的硬件設(shè)備編寫軟件，讓其能按照預(yù)期的功能工作。如今嵌入式設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶，如智能家電、智能手表、汽車控制系統(tǒng)等都屬于這類設(shè)備。

白政翰用嵌入式技術(shù)做過(guò)一些小東西，如夜視儀，還研制了自主穿越機(jī)，參加過(guò)很多無(wú)人機(jī)比賽。在去年的第七屆全國(guó)青少年無(wú)人機(jī)大賽中，他榮獲高中組個(gè)人飛行賽全國(guó)三等獎(jiǎng)，今年也拿過(guò)一次不錯(cuò)的成績(jī)。

高中的學(xué)習(xí)任務(wù)雖然很重，但白政翰還是擠出一些時(shí)間做研究，“家里人挺支持的，最大的動(dòng)力是興趣”。學(xué)校也非常支持，給他們專門配了一間工作室，并且提供了一些機(jī)器設(shè)備。

白政翰在學(xué)習(xí)嵌入式開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有關(guān)人體外骨骼的研究比較熱門，對(duì)這個(gè)領(lǐng)域很感興趣。

人體外骨骼是一種可穿戴的設(shè)備，類似于“機(jī)器人盔甲”，可以增強(qiáng)人的力量、耐力或行動(dòng)能力。它的應(yīng)用場(chǎng)景很廣泛，如在醫(yī)療領(lǐng)域可以幫助身體不方便的人重新獲得運(yùn)動(dòng)能力，在生產(chǎn)制造領(lǐng)域減輕工人在重體力勞動(dòng)中的負(fù)擔(dān)，在軍事領(lǐng)域增強(qiáng)軍人的體力和耐力等。

人體外骨骼分為無(wú)源和有源兩大類。無(wú)源外骨骼不依賴電池或馬達(dá)等動(dòng)力裝置，主要利用彈簧、減震器或支撐桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)分擔(dān)部分壓力，增強(qiáng)某些動(dòng)作，讓使用者在搬重物或進(jìn)行重復(fù)性勞動(dòng)時(shí)，感覺(jué)更輕松，不容易疲勞。

有源外骨骼則配備了電池、馬達(dá)或繩驅(qū)、液壓系統(tǒng)，通過(guò)傳感器檢測(cè)人的動(dòng)作意圖，主動(dòng)提供動(dòng)力，幫助使用者完成一些他們自己可能做不到的動(dòng)作。如一個(gè)行走有困難的人想抬起一條腿時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到他的動(dòng)作，立即驅(qū)動(dòng)馬達(dá)幫助他抬腿，讓他更容易邁步。

無(wú)源外骨骼只能為某些簡(jiǎn)單動(dòng)作提供助力，有源外骨骼的應(yīng)用場(chǎng)景更為廣泛，但研發(fā)難度也更大。

白政翰（左）和研發(fā)同伴熊昱齊

白政翰做了一些調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市面上常見(jiàn)的產(chǎn)品是無(wú)源外骨骼，有源外骨骼很少，而且價(jià)格特別高，一套單價(jià)達(dá)到數(shù)十萬(wàn)元。既然在學(xué)習(xí)嵌入式開(kāi)發(fā)，他就決心研制一種低成本的有源外骨骼，方便普及應(yīng)用。

外骨骼可分為上肢外骨骼和下肢外骨骼，進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，下肢有源外骨骼已經(jīng)有很多專利和產(chǎn)品，于是他們就決定研發(fā)上肢有源助力外骨骼。

大約從去年11月開(kāi)始 ，白政翰投入有源助力外骨骼研究，后來(lái)同校學(xué)妹張烜熔和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的熊昱齊也加入進(jìn)來(lái)。三個(gè)人組成了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，一邊自學(xué)，一邊設(shè)計(jì)，購(gòu)買材料進(jìn)行試驗(yàn)。從電路板到機(jī)械結(jié)構(gòu)，很多設(shè)計(jì)都需要他們自己來(lái)完成。

大半年時(shí)間迭代數(shù)次

單臂增強(qiáng)12公斤額外力量

外骨骼的技術(shù)難點(diǎn)主要是動(dòng)作預(yù)測(cè)，然后是動(dòng)力反饋，因?yàn)闄C(jī)器要識(shí)別人體的意圖。

機(jī)器狗、無(wú)人機(jī)等很多嵌入式設(shè)備都可以找到開(kāi)源方案進(jìn)行參考，從而大大降低開(kāi)發(fā)難度。白政翰的小團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)尋找過(guò)有源外骨骼的開(kāi)源方案，但在網(wǎng)上沒(méi)有找到開(kāi)源系統(tǒng)，只有幾篇關(guān)于控制的論文可以參考，所以只能自己寫程序。

每天上完課寫完作業(yè)，白政翰一半的自習(xí)時(shí)間都“泡”在工作室里。因?yàn)闆](méi)有更多的人可以協(xié)作，研發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了很多漏洞和問(wèn)題，遇到過(guò)數(shù)不清的困難和瓶頸，“一般情況下，我們會(huì)一起商討解決方案，實(shí)在不行就在網(wǎng)上找資料，反正一直都在不斷前進(jìn)。有時(shí)定做配件需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，那就得耐心等待。”

白政翰和同伴設(shè)計(jì)的有源外骨骼設(shè)備

4月18日，他們?cè)贐站發(fā)了一個(gè)研發(fā)有源外骨骼的視頻，迅速引起網(wǎng)友們的關(guān)注，“其實(shí)當(dāng)時(shí)已經(jīng)做過(guò)兩代了，但還在測(cè)試機(jī)械結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。”現(xiàn)在他們所用的版型是在5月份左右確定的。

他們?cè)O(shè)計(jì)的有源外骨骼方案利用壓力檢測(cè)和IMU慣性測(cè)量等傳感器進(jìn)行控制，“這樣成本比較低，幾個(gè)傳感器結(jié)合起來(lái)，導(dǎo)入一個(gè)大模型以后，基本上可以預(yù)測(cè)用戶的大部分動(dòng)作，然后實(shí)時(shí)輸出實(shí)際需要的助力等級(jí)以及方向。”

因?yàn)榍捌谑褂玫膫鞲衅鞅容^少，白政翰和張烜熔、熊昱齊進(jìn)行測(cè)試并且與一些使用者溝通之后發(fā)現(xiàn)，有時(shí)只是肌肉收縮，比如攥了個(gè)拳，會(huì)有誤觸或者誤判的風(fēng)險(xiǎn)，“比如我沒(méi)有想往這個(gè)方向用力，但是它會(huì)向這個(gè)方向收縮一下，我們正在改進(jìn)，現(xiàn)在也有解決方案了，要考慮到所有的使用場(chǎng)景。”

白政翰說(shuō)，他們這款有源外骨骼從年初開(kāi)始研發(fā)，用了大半年時(shí)間，已經(jīng)迭代了好幾次，“B站視頻里的那一代基本上已淘汰了，我們下一步要以產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)做外骨骼，重新設(shè)計(jì)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(jī)上用的，有不少缺陷，如果要走產(chǎn)品化道路，我們打算重新找廠家定制。電機(jī)還是原來(lái)的，結(jié)構(gòu)基本不變，但在整體上重做了一套新的?，F(xiàn)在用的背板是國(guó)內(nèi)最輕的，是鍍銀鎂鋰鈣合金的最新技術(shù)，再套一個(gè)外殼。”

白政翰的工作臺(tái)

前些天白政翰去了武漢，到中國(guó)地質(zhì)大學(xué)交流學(xué)習(xí)，進(jìn)行了10天夜以繼日的開(kāi)發(fā)，那段時(shí)間進(jìn)度比較快，讓他感到非常高興。

他們的這個(gè)有源助力外骨骼設(shè)備成本現(xiàn)在大約是1萬(wàn)元左右。白政翰說(shuō)：“目前我們測(cè)算單臂可增強(qiáng)12公斤的額外力量，因?yàn)樗欠煮w式結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)是軟質(zhì)的，很貼合人體，所以基本上是全向的，不會(huì)影響到活動(dòng)，不會(huì)存在機(jī)械結(jié)構(gòu)卡住等情況。”

定位為普通消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品

目標(biāo)：做平常人的助力設(shè)備

在學(xué)校和市場(chǎng)監(jiān)督管理局等機(jī)構(gòu)的支持下，白政翰、張烜熔、熊昱齊從5月份開(kāi)始申請(qǐng)專利，7月20日正式提交。他們表示，國(guó)家專利申請(qǐng)一般需要兩三年以上的時(shí)間，他們因?yàn)榉蟽?nèi)蒙古重點(diǎn)項(xiàng)目預(yù)審，走了快速通道，預(yù)計(jì)會(huì)大大縮短審批時(shí)間。

白政翰說(shuō)，“這個(gè)有源外骨骼不是特別高科技的技術(shù)，只不過(guò)是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改造，有創(chuàng)新性的產(chǎn)品。我們把它定位為普通消費(fèi)級(jí)的產(chǎn)品，理念是做平常人日常用的助力設(shè)備。理想情況是普通消費(fèi)者用它做日常運(yùn)動(dòng)，物流、裝修等企業(yè)員工也可以配備，只要成本能降下來(lái)，市場(chǎng)前景還是挺大的。”

白政翰的工作臺(tái)

最近一段時(shí)間，他們團(tuán)隊(duì)正在為一個(gè)目標(biāo)忙碌。“10月5日我們要去無(wú)錫參加一個(gè)外骨骼的全國(guó)性交流會(huì)，最終版本的產(chǎn)品可能會(huì)在那里亮相，很多大學(xué)、企業(yè)和投資者都會(huì)參加，我們?cè)谀抢镉幸粋€(gè)自己的展臺(tái)。”

不過(guò)他們也有煩惱，因?yàn)槟承┒ㄗ龅挠布€沒(méi)有到貨，程序方面也有一些難關(guān)，“因?yàn)橐呀?jīng)涉及到研究生和專業(yè)工程師的知識(shí)，我們自己一邊自學(xué)一邊寫，進(jìn)度有點(diǎn)慢。最近全力以赴圍繞著10月5日的活動(dòng)展開(kāi)工作，把硬件先做好。”

明年即將參加高考，無(wú)錫的活動(dòng)結(jié)束后，白政翰就準(zhǔn)備把重心放在高考上，開(kāi)發(fā)工作主要讓另外兩個(gè)伙伴來(lái)做，他也在考慮以后讀什么專業(yè)，“我的興趣是機(jī)電、信息、電子自動(dòng)化之類的專業(yè)。地質(zhì)大學(xué)那位同學(xué)就是機(jī)電專業(yè)的，我們前段時(shí)間在他們的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室里做過(guò)研究，感覺(jué)挺不錯(cuò)。”