創新的水下外骨骼提高潛水效率

北京大學先進製造與機器人學院王啟寧教授領導的研究團隊開發出世界上第一個可穿戴水下外骨骼系統，該系統可以幫助潛水員移動膝蓋，顯著減少潛水過程中的空氣消耗和肌肉消耗。

結論 發表 V IEEE 機器人學報 2025 年 10 月 14 日將為提高人類在水下環境中的表現提供新的機會。

水下運動和外骨骼適應問題

海洋覆蓋地球表面71%，是資源勘探和開發的關鍵空間。然而，在水下移動比在陸地上行走需要更多的能量，因為潛水員必須不斷克服水的阻力，限制了他們的耐力和範圍。儘管可穿戴外骨骼在減少陸地能源消耗方面顯示出了巨大的前景，但由於某些生物力學和環境限制，使這項技術適應水下環境長期以來一直是一個挑戰。

研究表明，動力外骨骼可以在極端環境下節省勞動力，將其用途擴展到陸地應用之外。通過減少潛水員的體力工作量和耗氧量，此類系統可以延長潛水時間、提高安全性並減少疲勞，在海洋勘探、水下施工和潛水員培訓方面具有潛在的應用前景。

水下外骨骼如何工作及其影響？

研究小組開發了一種可逆的水下電纜驅動膝蓋外骨骼，可以在撲動時為潛水員提供幫助。該系統使用運動傳感器和基於力的控制，為膝蓋提供實時扭矩輔助。

六名經驗豐富的潛水員進行的測試顯示出明顯的改善：與不佩戴外骨骼的正常潛水相比，當他們佩戴動力外骨骼時，空氣消耗量減少了 22.7%，股四頭肌激活度降低了 20.9%，小腿肌肉激活度降低了 20.6%。潛水員很好地適應了這種援助，展示了自然的運動模式並增加了能量節省。

水下機器人的未來機遇

這一突破展示了世界上第一個便攜式水下外骨骼，可以提高潛水性能並減少身體壓力。除了直接應用於海洋勘探和水下作業外，該系統還為潛水員培訓和生物力學提供了新的視角。

通過將可穿戴機器人技術擴展到水下環境，該研究為未來加強人類與海洋之間聯繫的輔助設備奠定了基礎。