安全衣外骨骼減搬運腰傷風險

[2024.07.22] 發表

【明報專訊】由電機驅動的「外骨骼機械人」先進而又「高大上」，但亦因為成本一直無法大幅下降，在工業和服務業的實際應用少之又少。有本地大學博士生就另闢蹊徑和降低目標，研發一款由壓縮氣體驅動的「安全衣外骨骼」，專門在工人彎腰搬運重物時輔助腰部出力，減低腰部受傷的風險。

明報記者薛偉傑

攝影曾憲宗

理工大學建築及房地產學系博士生雷霆表示，他在大約一年前剛進入理大修讀博士課程時，開始研發一款由壓縮氣體驅動的軟性外骨骼機械人，稱為「安全衣外骨骼」。主要構思是讓「安全衣外骨骼」應用於建造業，在工人彎腰搬運重物時，輔助腰部出力，減低腰部受傷的風險。而成本、體積和重量要控制到相當低，令建築公司和工人樂於使用，令它有條件好像安全衣那麼普及。但亦因為要控制成本、體積和重量等，這款外骨骼並不能輔助手臂、肩頭和雙腳等出力。

「氣動人工肌肉」

支撐腰部出力

至於「安全衣外骨骼」的設計和原理，簡單來說，就是有6條可以充氣和放氣的管子在用戶的腰部後方，猶如6條「氣動人工肌肉」支撐用戶腰部。這6條管子的外層由類似尼龍紡織物製成，所以形狀有一定彈性。當用戶彎腰搬運重物時，貼着腰部的一枚壓力傳感器會偵測到，壓縮氣樽隨即快速向6條管子充氣，令它們變粗和變短。這樣6條管子就會產生一股力量支撐腰部，要回復原狀(回復原來的長度和直)，用戶只需腰部回復挺直，「安全衣外骨骼」就會打開氣閥，放出6條管子內的氣體。

可輔助出力25%至33%

最多10公斤

至於「安全衣外骨骼」實際輸出力度有多大，則視乎用戶的體型和當時彎腰程度。一般來說，大約相當於用戶搬運物件重量的25%至33%，最多大約10公斤。舉例說，若用戶彎腰搬運20公斤重物件時，它可以輔助到5至6公斤。但如果用戶彎腰搬運重達100公斤物件，它最多只能輔助大約10公斤。要注意「安全衣外骨骼」只在用戶彎腰出力時，才能夠發揮輔助出力的作用。如果用戶已經回復到腰部挺直姿勢，即使雙手仍拿着重物，「安全衣外骨骼」也不能輔助出力。

雷霆和指導他研究的理工大學助理教授(研究)香皓林博士解釋，針無兩頭利，在嚴格控制成本、體積和重量的情形下，應用場景較少就是代價。「即是在你抱起長者那一刻會有些幫助，但當你企直之後，就要全部靠自己。」香皓林說。

企業可購大型充氣設備

自行為氣樽充氣

現時，「安全衣外骨骼」乃配合一個壓縮二氧化碳氣樽使用，壓力為9Bar(相當水下9米深壓力)，儲存219克的二氧化碳，售價約60元。至於使用時間約介乎4至6小時，視乎用戶搬運物件頻率。

雷霆解釋，選擇接駁壓縮氣樽而不是電泵，是因為用壓縮氣樽充氣的反應時間較快。不過他亦考慮到，如果每日都要更換一兩樽全新的壓縮二氧化碳，運作成本會偏高。所以如果「安全衣外骨骼」真的量產，他會建議企業用戶購置一部較大的電動充氣設備，每日自行為氣樽充入普通空氣即可。

大量生產單價料1000元以內

這些電動充氣設備的體積大約相當於20公升的辦公室樽裝水，不到5分鐘已可為上述氣樽充滿壓縮空氣，售價在內地網上僅約1600元人民幣。

現時，「安全衣外骨骼」的原型約重2公斤(連氣樽)。至於售價方面，若真的商業化大量生產，他估計將可以控制在1000元以下。在「香港大學生創新及創業大賽2024」中，「安全衣外骨骼」就在數理機械組別中獲得優異獎。

雷霆表示，「安全衣外骨骼」現時的原型已可以拿到建築地盤試用。他已開始物色一些願意嘗試新科技的建築公司，和它們商討試用問題，希望找到40至60名工人試用。他預算，還要用差不多半年來完成試用，收集建築工人的反饋，以及徵詢承判商和分判商是否願意購買等。若三者的反應都正面，他就會正式成立公司，並且申請一些資助計劃將「安全衣外骨骼」商業化量產推出。但如果三者的反應未如理想，「安全衣外骨骼」就未必會真的量產，可能只會作為一個學術研究項目，發表一下成果。

雷霆和香皓林都希望，「安全衣外骨骼」可以商業化量產。他們甚至沒有申請專利保護。「如果真係有人跟風抄襲的話，相信會有助這種產品普及。」香皓林說。除了建築工人之外，他覺得「安全衣外骨骼」也可以幫到安老院的護理員，因為護理員不時需要抱一些不能行動的長者上落牀。