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领先世界1800年的中国古代外骨骼技术—诸葛木牛流马无人能及

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在当前世界的外骨骼技术领域中,欧美体系由于起步早,投入大,处于领先地位。然而近十几年来外骨骼技术整体发展趋势处于徘徊状态。其瓶颈在于动力外骨骼虽功能强大,但由于其续航能力在能源技术的限制下,严重影响其实际应用前景。则欧美顺势提出了不需要能源的“被动外骨骼”的概念,即在“动力外骨骼”技术基础上,去掉动力,以钢性的重力支架式,柔性的人体贴附式或者刚柔结合的复合式结构,基于人体体重的分配理念,及有效分配负重的原理,模仿人体的生理形态,附和在人体外部,以辅助和加强人体的负重能力。这相当于医用的护腰,骨科的夹板,军用的绑腿,举重运动员宽大的腰带。这个路径看起来简单直接,但其实是此路不通,道理也简单,就如现在玩的平衡车,去掉电控和能源动力,就没法玩了。现有技术的“被动外骨骼”在辅助加强人体负重能力的同时,也限制了人体的自由度,这种装置如果不与人体紧密绑固附和,其自身并不能独立负重,以至很难检测其负重效率,一般国际通用检测方法是采集使用者的心跳、脉搏、血压、呼吸等生理参数,用人体的耗氧量,代谢水平的变化数据进行间接评估。据相关装置生产厂商提供的产品说明书显示:使用这类装置负重在定点站立时可以减重70%;行走时仅可减重35%,可见其负重效率十分有限。美国的洛马公司为美军研制的外骨骼装置(FORTIS),仅适用于定位站立,负重操作的岗位。

(图一)
2014年7月5日《华尔街日报》网站报道:“美国军方向加拿大研究人员求助,以研发一款无动力驱动的外骨骼战衣替代品”。现在我们看到美国军方没有得到相应的帮助,只能向部队提供这种“重力支架式”的定位站立被动外骨骼,陆战队员所需要的那种可以“负重行走的被动外骨骼装置”至今尚不知音信。看来最先提出“被动外骨骼”概念的领头羊美国人在这个事情上是偃旗息鼓了,但其他国家的科研团队还在这条路上左冲右突,比如中国、俄罗斯、印度,甚至一些非洲的团队仍在拼搏。

(图1—1)
此为现有技术国产的被动(无源)外骨骼,目前其系列产品正在我军装备服役。其产品说明书显示,在站立时减重为50%,行走时减重为30%。
外骨骼技术的核心价值在于“负重能力“,不能负重或负重能力低下的外骨骼技术就失去了价值和意义。自然就失去了发展的前景。而当前外骨骼技术由于其采用的错误的技术路线就决定了其低效负重的技术特性。这就是限制外骨骼发展的瓶颈所在。技术路线错了,投入再多,努力再大,资源再雄厚也无济于事。
为突破这一瓶颈局面,中国工程师摒弃欧美的外骨骼技术路线,而以“诸葛木牛流马”的工作原理为设计理念,即“无需动力,随人行走,与人同步,替人负重”的运行模式,依托古代科技工作者提供的技术支持进行了全新的技术路线开发。推出了国家发明专利“随动步行负重外骨骼”技术方案,

(图2)
并经国家知识产权局审查合格,在40卷0101期2024年01月02日专利公报上向世界公布

(图3)
公布号:CN117325133A 申请专利号:2023109559231 。这件发明专利申请的公布彰显了中国古代科技工作者的超人智慧,——在1800前就以实用技术形式领先于世界,在向古代先贤致敬的同时也体现了对现代中华民族文化之自信。世界外骨骼技术也将在新的路线上再度焕发生机。
该技术可以使外骨骼装置形成独立的(不依靠人体的附和参与)钢性负重系统,在额定内负载重物情况下:不论是定点站立,还是负重行走等运动状态,其负重效率均为100%。人体不需负重,只需控制系统平衡,驱动行进即可。当载重量超过额定值(超载)时,人体的负重量=实载总重量-系统额定重量。如:外骨骼额定载重量为50kg,实际总重量为60kg,则人体所需负重量=60kg-50kg=10kg。
该技术还开创了外骨骼装置的“轻步乘行模式”概念,在此模式下,可使人体悬挂在装置上,使人体的部分重量作用在装置上,减轻步行时人腿的负重压力。其原理相当于传统的自行车,由人力驱动,既可载重,也可骑乘,区别在于自行车是轮行,而随动步行负重外骨骼为双腿步行。这种运行模式是欧美现有的被动外骨骼技术根本不能实现的,这也是两条不同技术路线的本质区别。
“木牛流马”的神奇,不在于其外形(似牛似马)而是在于其非凡的技术性能。这才是“木牛流马”的核心价值。当今欧美学界百思不得其解的“难题”。中国古代的技术工作者是怎样做到的呢?其实在中国历史古籍中就有着准确而生动的记述。《三国志》作者陈寿是孔明同时代的记史人,在他编纂的《诸葛氏集》中记录了“木牛流马法”。《三国志》中仅载集目录二十四篇名。《诸葛氏集》至今无查。现今所见“木牛流马法”仅现于宋人裴松之《三国志》注述中,共407字。从推理上说,这407字应为孔明亲撰或参与者代记。后由陈寿收集,又以松之志注的形式流传于后世。其技术路径应体现在这407个文字中。笔者曾在“木牛流马新考再述(下篇)”文中放言:美军至今“长不出”理想的“腿”来,是因为他们所走的技术路径不对。要想解决问题,还得好好学习汉语,特别是中国古汉语。如果读不懂“407字”,不懂中华文化思想,恕笔者肆言,再给十年,也不一定能长出梦想中的“腿”来。(时2018年11月6日)。如今“随动步行负重外骨骼”专利技术向世界公布,也就省了老外们费劲学中国古汉语了。
“407字”中,中国古代科技工作者给我们留下了“木牛流马”——古代人力外骨骼技术核心的信息密钥。如:“孔径中三脚杠长二尺一寸”、“舌著于腹”、“双者为牛脚”、“前后四脚”等。
据现存山东省计量研究院度量衡展室的东汉青铜五寸矩尺,实测为五寸=11.6cm。则汉代一尺应为232mm。则“杠长二尺一寸”即为487.2mm,正附和成人中等个体脊柱的长度。“孔径中三脚”字面的含意:“在相对封闭的空间里,三个不同方向的受力元件”。由其与脊柱的结合方式判断,其在系统中的定位,应是在人体的髋部,即双腿与脊柱的结合处。这也正是汉字对人的表意:“人”的一撇一捺两条腿,上面托着脊柱。髋部是人体结构的核心,也是人体的重心,髋骨是人体骨骼系统中骨量最大的部位,附着在髋骨上的臀大肌是人体结构中最发达的肌肉群,髋部是人体结构中最强劲有力的部位,这显然不仅是专为坐息时准备的柔软坐垫,也非为挨打时特留的专用部位,而是人体在步行时,为控制重力(把重力由一侧腿转移到另一侧腿)驱动双腿的生理结构。之所以天生这么强大,是因为这一运动功能是人体活动中最累的活儿。
“孔径中三脚杠长二尺一寸”即是对这一功能构造生动而准确的描述。可以称为“三脚重力转换装置”或“侧向重力转换器”这是使中国古代人力外骨骼(木牛流马)可以负重行走的核心技术装置之一。中国工程师据此,研发了“随动步行负重外骨骼”的核心部件“侧向重力交换器”。

(图4)
在髋部进行两腿与脊柱之间的重力转换,由于处于系统的重心及系统结构的核心位置,转换动作幅度可以最小,最省力,最平稳。“侧向重力交换器”可以轻松、平滑、灵活地在双腿步行运动中自动完成重力转换动作,不必消耗过多能量。而反观现有技术的欧美外骨骼装置,除了与人体贴合绑缚,相互联接的传递重力结构外,并没有类似于“三脚重力转换”功能的结构设计,其系统负载的重力,最终还是作用在人体上,步行运动中的重力转换过程还是要由人体的髋部完成,这也就是此类系统在步行时负重能力低下的原因之一。
另据“舌著于腹”等密钥的解析,中国工程师又开发出“矢向重力交换器”,用以消除外骨骼在步行运动中由双腿前后交替运行时所产生的“重力交换阻力”。“随动步行负重外骨骼”技术系统共形成了:“测向重力交换器”;“矢向重力交换装置”;独立自主的钢性负重系统;前脚掌的系统重力支点;生理个性适应角;为减少和消除人体与系统在运行中的相互干涉力,使用动点联接方式;人体体重与系统的重力平衡方式;轻步乘行模式等共十项发明技术的专利权要求。
2018年为验证此项技术,制成人力外骨骼负重步行装置两部:一轻一重。参数如下:
重型 自重8公斤 额定负重32公斤
轻型 自重3.3公斤 额定负重10公斤
该装置可在平路上负重行走,
也可上下楼梯,行动灵便,人体无束缚感,不论行走或站立状态所载负重均100%由系统支承,人体不必负重。
见网络视频截图负重上楼,

(图5)
负重下楼,

(图6)
蹲坐,

(图7)
骑行单车,

(图8)
奔跑,

(图9)
国庆街舞。

(图10)
2019年对装置进行了功能拓展,增加了辅助功能手臂,拓展成“个人摄影、电信移动平台”使徒步旅行、野外摄影免除了负重之累,真正成为了一种休闲方式。见网络视频截图:
摄影

(图11)
携伞负重步行

(图12)
携伞直立

(图13)
负重步行

(图14)
2020年开发出隐形升级版被动外骨骼负重步行器T20,可以贴身穿在衣服里面,全部系统可以折叠收纳在一只130*390*480(mm)的方形手提箱中,手提箱可作为步行器载具,能随时快捷便利的挂载或摘卸。见网络视频截图:防疫消杀。在社区的防疫消杀工作中发挥了积极而独特的技术优势。

(图15)

(图16)
参考文献、视频资料:
1、百度视频:中国工程师推出隐形升级版被动外骨骼负重步行器T20
2、百度贴文:中国工程师推出隐形升级版被动外骨骼负重步行器T20
3、百度视频:外骨骼“铜腰铁腿”持导航共享骑行 古今对话
4、百度视频:诸葛“木牛流马”新形态国庆舞蹈 普天同庆
5、百度视频:《与共和国同龄的中国民间科技工作者向70周年国庆献礼》
6、百度视频:“被动外骨骼”负重步行装置上下楼梯
7、百度视频:“被动外骨骼”负重步行装置
8、百度贴文:“诸葛木牛流马新考”网上发表一周年纪
9、百度贴文:当前世界“被动外骨骼技术”的现状及发展趋势浅析
10、抖音视频:中国民间黑科技——“多功能实用被动外骨骼”负重步行装置
11、百度贴文:让“徒步旅行、野外摄影”真正成为一种休闲
12、百度贴文:领先世界一千多年——中国古代外骨骼机器人
13、百度贴文:领先世界一千多年——中国古代外骨骼机器人(释疑篇)
14、百度贴文:领先世界一千多年——中国古代外骨骼机器人再述
15、百度贴文:“多功能实用被动外骨骼”负重步行装置
16、百度贴文:中国工程师研制出“被动外骨骼”
17、百度贴文:“诸葛木牛流马”与“诸葛番兵策”论
18、百度贴文:《诸葛木牛流马新考再述》
19、百度贴文:《诸葛木牛流马新考》
以上文献、视频在网络上均可搜到。


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