肌肉組織的自動編織推進商業化

隨著可連續自動將比人髮絲還細的超薄螺旋形狀記憶合金紗線編織成適合大規模生產的輕質、柔性“織物肌肉”的設備的開發，可穿戴式服裝機器人的商業化向前邁出了重要一步。

國家科學技術研究委員會 (NST) 下屬的韓國機械材料研究院 (KIMM) 先進機器人研究中心在首席科學家 Chul Hoon Park 的領導下，開發出了一種能夠連續批量生產組織肌肉的自動編織系統——一種輕量但功能強大的人造肌肉致動器。

工作 發表 在雜誌上 IEEE 神經系統和康復工程學報。

新開發的系統使用直徑為 25 微米（約為人類頭髮厚度的四分之一）的形狀記憶合金 (SMA) 線，加工成螺旋紗線，使組織肌肉不斷纏繞在一起。這種織物重量僅為 10 克，能夠舉升 10-15 公斤，使其成為可穿戴機器人的理想主執行器。

KIMM之前開發的SMA卷紗採用金屬芯，導致伸長率低，自動織造困難。

為了克服這一限制，KIMM研究團隊用天然纖維取代了金屬芯，改變了織物結構和製造工藝，並改進了織機設計，從而實現了穩定、連續的批量生產。

傳統的可穿戴機器人旨在幫助肘部、肩膀和下背部等多個關節，依賴於笨重、噪音大的電機或氣動執行器，這使得它們體積龐大、價格昂貴，而且長期使用不舒服。因此，大多數只能為特定關節提供有限的支撐。

由於運動範圍複雜，主動肩部輔助尤其具有挑戰性。相比之下，KIMM 組織肌肉執行器重量輕且靈活，使其能夠自然適應並同時主動協助多個複雜關節。

利用這項技術，研究團隊開發出了世界上第一個可穿戴的類似衣服的機器人，重量不到2公斤，可以同時輔助肘部、肩部和腰部，在重複性體力任務中減少40%以上的肌肉力量。

此外，團隊還打造了一款僅重840克的超輕肩部輔助機器人，肌無力患者可以在日常生活中舒適佩戴和攜帶。

在首爾國立大學醫院 (SNUH) 對包括杜氏肌營養不良症在內的肌肉無力患者進行的一項臨床試驗中，可穿戴機器人助手將肩部活動範圍改善了 57% 以上。

憑藉利用自動化織造系統連續生產高質量、均勻織物的能力，研究團隊為服裝型可穿戴機器人的商業化奠定了基礎。

這一突破有望減輕工人的體力壓力，改善患者的生活質量，並加速可穿戴機器人的廣泛採用，從而提高行業競爭力。具體來說，旨在支持肌無力患者康復和日常生活活動的機器人肩部助手預計將減輕護理人員的負擔，同時提高患者的獨立性、生活質量、自尊和整體福祉。

KIMM 先進機器人研究中心首席科學家 Cheol Hong Park 博士表示：“我們開發的組織肌肉連續批量生產技術是服裝型可穿戴機器人的關鍵組成部分，將顯著改善醫療保健、物流和建築等領域的生活質量。”

“我們將繼續開發 KIMM 廣泛的可穿戴機器人技術，以加速商業化，並成為全球可穿戴機器人市場的領導者。”

該研究獲得了2024年KIMM最佳研究獎。