隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人體負(fù)重機(jī)動(dòng)能力需求的不斷提升，傳統(tǒng)人力搬運(yùn)方式所帶來的體能消耗和職業(yè)健康問題日益凸顯。

軍事領(lǐng)域中：作戰(zhàn)人員長(zhǎng)期背負(fù)30-40KG的武器裝備、通信設(shè)備和生存物資進(jìn)行作戰(zhàn)和巡邏，這種高強(qiáng)度負(fù)重不僅嚴(yán)重消耗體能、降低戰(zhàn)斗力，在高原山地等復(fù)雜地形環(huán)境下更是加劇了體能消耗，直接影響作戰(zhàn)效能；特種部隊(duì)在執(zhí)行長(zhǎng)途滲透任務(wù)時(shí)，過重的負(fù)重也顯著限制了其機(jī)動(dòng)能力和任務(wù)成功率；后勤補(bǔ)給人員頻繁搬運(yùn)重型裝備和物資，容易造成慢性勞損。

應(yīng)急救援領(lǐng)域中：救援人員需要背負(fù)重型救援設(shè)備、醫(yī)療器械和生存物資進(jìn)入地震等災(zāi)區(qū)，在復(fù)雜地形中轉(zhuǎn)運(yùn)傷員和救援裝備時(shí)體力消耗巨大；山地救援和消防救援人員要負(fù)重約30KG的防護(hù)裝備和專業(yè)器材，在與時(shí)間賽跑的緊急救援過程中，體力不支可能嚴(yán)重影響救援效率和成功率；醫(yī)療救護(hù)人員在轉(zhuǎn)運(yùn)傷員過程中也面臨著巨大的體力消耗。

工業(yè)制造領(lǐng)域中：工人需要頻繁搬運(yùn)重型零部件和原材料，這種高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)不僅效率低下，還容易導(dǎo)致腰背等職業(yè)??；傳統(tǒng)人工搬運(yùn)存在較大安全隱患，而全自動(dòng)化設(shè)備成本高昂或不適用于特定場(chǎng)景；建筑施工人員需要頻繁搬運(yùn)建材，特別是在高空作業(yè)時(shí)，過重負(fù)荷大大增加了工傷事故風(fēng)險(xiǎn)。

快遞物流領(lǐng)域中：快遞員每天要搬運(yùn)數(shù)百件包裹，頻繁上下樓梯導(dǎo)致巨大的體力消耗，長(zhǎng)期高強(qiáng)度搬運(yùn)容易造成腰背勞損，體力限制也直接影響配送效率；醫(yī)療護(hù)理人員在頻繁搬抱病人、搬運(yùn)醫(yī)療設(shè)備過程中面臨職業(yè)損傷風(fēng)險(xiǎn)，影響醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量；農(nóng)林業(yè)工作者在農(nóng)產(chǎn)品采收、山區(qū)生產(chǎn)等過程中，也面臨著勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高的問題。

針對(duì)軍事、救援、工業(yè)制造、快遞物流等領(lǐng)域普遍存在的人體負(fù)重難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了負(fù)重動(dòng)力背包解決方案。通過系統(tǒng)研究人體負(fù)重行走的生物力學(xué)規(guī)律，創(chuàng)造性地提出負(fù)載反相運(yùn)動(dòng)的調(diào)控原理，成功研制出主被動(dòng)混合動(dòng)力背包，使人體負(fù)重行走的凈代謝率最高可降低15.3%。這一技術(shù)創(chuàng)新不僅能有效減輕作戰(zhàn)人員、救援人員、工人、快遞員等群體的體力消耗，降低職業(yè)損傷風(fēng)險(xiǎn)，還能顯著提升工作效率，為解決行業(yè)痛點(diǎn)提供了突破性的技術(shù)支撐。這種將理論創(chuàng)新與工程實(shí)踐相結(jié)合的解決方案，展現(xiàn)了我國(guó)在穿戴式機(jī)器人領(lǐng)域的領(lǐng)先研究水平。

圖1 成果展示

相比國(guó)外Hover Glide純被動(dòng)背包技術(shù)，華中科技大學(xué)研制的負(fù)重動(dòng)力背包具有顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用主被動(dòng)混合方案替代純被動(dòng)結(jié)構(gòu)，大幅提升了系統(tǒng)的適應(yīng)性和調(diào)控能力；在功能實(shí)現(xiàn)上，突破了僅能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單負(fù)載懸浮的局限，可根據(jù)實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)多種負(fù)載運(yùn)動(dòng)模式，并確保代謝能耗最優(yōu)；在性能指標(biāo)上，人體負(fù)重行走的代謝能耗減少量從6.2%提升至15.3%，慣性力峰值減少率從82%提升至超過92%。這些技術(shù)突破使得該動(dòng)力背包能更好地適應(yīng)不同使用場(chǎng)景，為用戶提供更優(yōu)異的減負(fù)效果。

[1] L. He, C.H. Xiong, et al, IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng., 28(9):1994-2004, 2020.

[2] 研究工作被IEEE協(xié)會(huì)旗艦雜志《IEEE Spectrum》在線報(bào)道: https://spectrum.ieee.org/tech-talk/consumer-electronics/portable-devices/this-motorized-backpack-eases-the-burden-for-hikers

可量產(chǎn)。

在軍事領(lǐng)域，可大幅提升作戰(zhàn)人員的負(fù)重機(jī)動(dòng)能力和戰(zhàn)場(chǎng)續(xù)航能力；在應(yīng)急救援中，能幫助救援人員更快速、高效地運(yùn)送重型救援裝備和轉(zhuǎn)運(yùn)傷員；在工業(yè)制造領(lǐng)域，可有效降低工人搬運(yùn)重物的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少職業(yè)損傷風(fēng)險(xiǎn)；在快遞物流行業(yè)，能顯著提升配送效率，改善從業(yè)人員的工作條件；在醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域，可減輕醫(yī)護(hù)人員在轉(zhuǎn)運(yùn)患者和醫(yī)療設(shè)備時(shí)的體力負(fù)擔(dān)。這項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，不僅展現(xiàn)了我國(guó)在穿戴式機(jī)器人領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，更將為各行業(yè)的智能化升級(jí)和人機(jī)協(xié)同發(fā)展注入新動(dòng)力，帶來深遠(yuǎn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

應(yīng)用案例：

知識(shí)產(chǎn)權(quán)：

該成果已申請(qǐng)/授權(quán)多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利。

合作方式：