PASE气动软肘外骨骼：工业作业的“肌肉减负神器”

智能装备网讯 在制造业、物流业等劳动密集型领域，重复性手臂动作引发的肌肉骨骼损伤（WMSDs）已成为全球职场健康的核心痛点。据美国劳工统计局数据显示，此类损伤占全美职场伤害的30%，每年仅工伤赔偿与康复费用就高达450亿至540亿美元。为破解这一难题，美国德克萨斯大学阿灵顿分校（UTA）的工程师团队近日宣布，其研发气动软肘外骨骼（Pneumatically Actuated Soft Elbow Exoskeleton, PASE）已通过多维度测试验证，可显著降低手臂肌肉负荷，为工业场景提供高效、轻便的主动防护方案。

技术突破：生物力学与气动结构的深度融合

PASE的核心创新在于将人体肘关节力学与一体式气动结构无缝结合。传统外骨骼常因“力量”与“舒适”难以兼顾而受限，而PASE通过以下设计实现突破：

1. 仿生轨迹设计：以肘部自然运动曲线为核心，气动执行器与关节轨迹深度贴合，最大限度减少平面外旋转力，既降低关节应变风险，又简化系统复杂度。

2. 轻量化材质：执行器采用医用级硅胶，兼具柔韧性与耐用性；支撑基座使用碳纤维玛瑙基板，在保证强度的同时降低重量；外层包裹氯丁橡胶，提升穿戴舒适度，减少皮肤摩擦。

3. 智能动力适配：设备直接接入工厂现有的悬挂式气动系统，无需额外动力装置，通过实时监测抬臂角度与发力强度，动态调整充气量与推力，确保辅助力与人体发力节奏一致。

性能验证：机械与人体双维度测试

研究团队从机械性能与人体应用双维度设计测试方案，以科学数据验证PASE的核心优势：

• 机械测试：

• 扭矩输出：在30°、60°、90°肘部角度及15、18、21 PSI压力等级下，扭矩随压力升高显著增加，21 PSI、30°时最大扭矩达4.39 Nm，且角度越小扭矩越高，完美匹配提重物等场景需求。

• 充气速度：25 PSI高速模式下，PASE从0°充气至90°仅需0.22秒，低速模式也可5秒内完成，确保动态场景及时支撑。

• 人体测试：

• 静态举重（3.6公斤举至胸部）：肱二头肌、肱三头肌激活度分别降低22.36%、18.19%。

• 动态组装（1.2公斤手动工具）：肌肉激活度降低14.41%、11.37%。

• 振动动态组装（1.2公斤电动工具）：肌肉激活度降低10.21%、5.22%。

• 主观体验：NASA-TLX量表显示，受试者在“支撑开启”状态下的心理、生理负荷得分显著低于关闭状态，差异达8.86-9.61分；用户感知调查中，实用性、易用性、舒适度得分均处于较高水平。

应用前景：从工业场景到全球健康革命

PASE的研发直击制造业痛点。以美国为例，30%的职场肌肉损伤与重复性手臂动作相关，而PASE通过降低肌肉活动强度与疲劳度，可有效减少工伤赔偿费用，提升企业生产效率。其设计理念更具有普适性：

• 适配性广：可适配18-45岁不同体重基数人群，支持流水线作业、持续手臂支撑、振动工具操作等多样化场景。

• 部署成本低：直接利用现有工厂气动系统，无需额外动力装置，大幅降低企业技术门槛。

• 健康效益显著：长期使用可降低职业性劳损风险，改善工人健康状况，减少因伤缺勤。

未来展望：人机协同的新范式

PASE的突破不仅体现在技术层面，更重新定义了“增强人类”的边界。在AI与机器人技术的加持下，外骨骼正从“替代人力”转向“赋能人类”，通过精准匹配个体差异与场景需求，实现“人机共生”的柔性协作。UTA团队表示，下一步将优化设备贴合度与重量，并探索其在医疗康复、物流搬运等领域的延伸应用。

随着全球制造业向智能化、人性化转型，PASE的诞生标志着工业外骨骼技术迈入新阶段。它不仅是工程师们的智慧结晶，更是对“科技服务人类”理念的生动诠释——当机械的精准与生物的灵动相遇，一个更高效、更健康的未来正在到来。