隨著現(xiàn)代社會對人體負重機動能力需求的不斷提升，傳統(tǒng)人力搬運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)人員長期背負30-40KG的武器裝備、通信設(shè)備和生存物資進行作戰(zhàn)和巡邏，這種高強度負重不僅嚴重消耗體能、降低戰(zhàn)斗力，在高原山地等復雜地形環(huán)境下更是加劇了體能消耗，直接影響作戰(zhàn)效能；特種部隊在執(zhí)行長途滲透任務(wù)時，過重的負重也顯著限制了其機動能力和任務(wù)成功率；后勤補給人員頻繁搬運重型裝備和物資，容易造成慢性勞損。

應(yīng)急救援領(lǐng)域中：救援人員需要背負重型救援設(shè)備、醫(yī)療器械和生存物資進入地震等災(zāi)區(qū)，在復雜地形中轉(zhuǎn)運傷員和救援裝備時體力消耗巨大；山地救援和消防救援人員要負重約30KG的防護裝備和專業(yè)器材，在與時間賽跑的緊急救援過程中，體力不支可能嚴重影響救援效率和成功率；醫(yī)療救護人員在轉(zhuǎn)運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：工人需要頻繁搬運重型零部件和原材料，這種高強度的體力勞動不僅效率低下，還容易導致腰背等職業(yè)?。粋鹘y(tǒng)人工搬運存在較大安全隱患，而全自動化設(shè)備成本高昂或不適用于特定場景；建筑施工人員需要頻繁搬運建材，特別是在高空作業(yè)時，過重負荷大大增加了工傷事故風險。

快遞物流領(lǐng)域中：快遞員每天要搬運數(shù)百件包裹，頻繁上下樓梯導致巨大的體力消耗，長期高強度搬運容易造成腰背勞損，體力限制也直接影響配送效率；醫(yī)療護理人員在頻繁搬抱病人、搬運醫(yī)療設(shè)備過程中面臨職業(yè)損傷風險，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，也面臨著勞動強度大、作業(yè)風險高的問題。

針對軍事、救援、工業(yè)制造、快遞物流等領(lǐng)域普遍存在的人體負重難題，項目團隊創(chuàng)新性地提出了負重動力背包解決方案。通過系統(tǒng)研究人體負重行走的生物力學規(guī)律，創(chuàng)造性地提出負載反相運動的調(diào)控原理，成功研制出主被動混合動力背包，使人體負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)損傷風險，還能顯著提升工作效率，為解決行業(yè)痛點提供了突破性的技術(shù)支撐。這種將理論創(chuàng)新與工程實踐相結(jié)合的解決方案，展現(xiàn)了我國在穿戴式機器人領(lǐng)域的領(lǐng)先研究水平。

圖1 成果展示

相比國外Hover Glide純被動背包技術(shù)，華中科技大學研制的負重動力背包具有顯著技術(shù)優(yōu)勢：在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，采用主被動混合方案替代純被動結(jié)構(gòu)，大幅提升了系統(tǒng)的適應(yīng)性和調(diào)控能力；在功能實現(xiàn)上，突破了僅能實現(xiàn)簡單負載懸浮的局限，可根據(jù)實際需求實現(xiàn)多種負載運動模式，并確保代謝能耗最優(yōu)；在性能指標上，人體負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)突破使得該動力背包能更好地適應(yīng)不同使用場景，為用戶提供更優(yōu)異的減負效果。

[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)會旗艦雜志《IEEE Spectrum》在線報道: 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)人員的負重機動能力和戰(zhàn)場續(xù)航能力；在應(yīng)急救援中，能幫助救援人員更快速、高效地運送重型救援裝備和轉(zhuǎn)運傷員；在工業(yè)制造領(lǐng)域，可有效降低工人搬運重物的勞動強度，減少職業(yè)損傷風險；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)療護理領(lǐng)域，可減輕醫(yī)護人員在轉(zhuǎn)運患者和醫(yī)療設(shè)備時的體力負擔。這項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，不僅展現(xiàn)了我國在穿戴式機器人領(lǐng)域的研發(fā)實力，更將為各行業(yè)的智能化升級和人機協(xié)同發(fā)展注入新動力，帶來深遠的社會經(jīng)濟效益。

應(yīng)用案例：

知識產(chǎn)權(quán)：

該成果已申請/授權(quán)多項中國發(fā)明專利。

合作方式：