机器必须满足的两个条件
(增强和拓展身体能力的机器应具备的条件)

一台满足强化和拓展体能需求的机器需要满足以下两个条件（图3）。

[图3]使机器能够增强和扩展人类体能的基本技术
创建者：伊藤元明

一个是创建一种机制，提高一个人身体能力的基本方面，例如力量、速度和耐力，而不是专门从事特定的工作。就机器人而言，它们需要是能够执行多种任务的机器，例如人形机器人，而不是一遍又一遍地制造相同东西的工业机器人。就电子设备而言，它们需要是计算机和智能手机等多功能机器，而不是专用游戏机。

另一个是“人机一体化”系统的实现，其中用户和机器可以成为一体，而不仅仅是人机一体化系统。人们希望能够增强和扩展机器的功能而不需要特殊的操作技能。为此，我们需要一种手段将人类的意图准确、快速地传达给机器，使机器能够按照操作者的意愿自由移动。反过来，我们也希望机器能够有一种方式向人们传达自己的状态和地位，让人们能够详细地感受到机器是如何工作的。人类无意识地立即感觉到他们触摸到的物体是像铁一样硬，像海绵一样软，还是像气球一样有弹性，并在处理物体时灵活地改变自己的动作。在人与机器之间复制相同的行为是实现人机融合的关键。

基础技术向强化和扩张的演变是显着的

目前还没有一种理想的机器可以增强和扩展人类的体能。然而，可以肯定的是，实现的基本技术正在稳步建立。技术的进步使人们能够利用他们的自然身体能力，同时加强和扩展他们的能力，而无需仅仅依赖机器。此外，促进人与机器融合的技术正在迅速发展。

近年来，出现了许多可以供人们佩戴来提高身体能力的可穿戴设备，并正在应用于现实生活和工作中。一个典型的例子是外骨骼，它利用电动执行器和人造肌肉的动力来辅助人类运动。^*1或者衣服型可穿戴设备，动力套装。动力套装越轻，就越容易操作。减轻重量的关键是减轻产生辅助人体运动的力的执行器的重量。如果动力源是由重磁铁或电线线圈组成的电机，则整个设备将不可避免地变得更重。因此，人造肌肉是一项为了实现减肥而备受关注的技术。

人造肌肉是由轻质、可拉伸材料制成的执行器。通过用它代替电机，不仅可以使其更小、更轻，而且可以减少用电、静音、防水。制造人造肌肉的方法有多种，例如将压缩空气注入橡胶软管中使其膨胀和收缩，通过施加电压使导电聚合物膨胀和收缩，通过施加电压使碳纳米管膨胀和收缩，通过加热和冷却使形状记忆合金膨胀和收缩，以及通过施加磁场来改变其体积的磁性凝胶。特别是，以压缩空气为动力的橡胶人造肌肉适合获得大量的力量。 Innophys（东京理科大学的一家企业）、广岛大学的一个团队和东京工业大学的 Dia Kogyo 团队以及其他公司正在使用橡胶人造肌肉制作动力套装原型（图 4）。

[图4]使用人造肌肉的动力服
Innophys的动力套装“肌肉套装”（左）、人造肌肉机构（右）
来源：Innophys 主页

建立人与机器更紧密的联系，实现人机融合

还提出了各种技术来按照人类的意志移动机器。例如，作为快速链接人体动作的一种手段，有一种从皮肤表面读取从大脑通过神经传输到肌肉的生物电位信号的方法。由于它与移动肌肉的信号相关，因此您可以像移动自己的四肢一样移动机器。更进一步，还正在考虑使用 BMI（脑机接口），它利用头部电位和磁力来检测脑电波。我想在本系列的第三部分中更详细地解释 BMI。另一方面，在恶劣环境下穿着的动力服通常采用通过传感器直接检测人体运动并将其放大以驱动机械的方法。这是因为，使用垫子测量肌电位的方法中，垫子可能会因高温出汗而剥落。

近年来，让操作机器的人能够真实地感受到机器的运动和所触摸的物体的感觉的技术发展迅速。在这里，触觉^*2反馈技术至关重要。传感器检测机器的位置以及机器接触物体时产生的力，并将其再现为人类的触觉。这种机制可以通过致动器产生的振动吸引皮下的感觉器官来实现。还有一种尝试是通过响应机器的运动而适当振动人体四肢的肌腱来制造人体四肢正在移动或旋转的错觉。事实上，通过利用这项技术，现在可以移动假肢，同时感觉就像是自己的手一样。

【图5】Cyberdyne动力套装“HAL”
支撑腰部的HAL（左），支撑腿的HAL（右）
来源：Cyberdyne