NUS余浩泳：外骨骼轻量化与任务感知是落地关键
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新加坡国立大学Haoyong Yu教授在ICRA 2026演讲中强调，外骨骼落地的核心难点在于可用性与舒适度，而非单纯的能力堆叠。其团队通过单电机加差速机构的设计，显著降低了背部、肩部及髋部外骨骼的重量、成本和控制复杂度。同时，利用FMT传感器隔着衣物识别肌肉体积变化，实现了低延迟的任务感知与自适应辅助，推动外骨骼向日常工具化迈进。
AI 深度解读
背景
2026年6月2日，在新加坡举行的ICRA 2026（IEEE国际机器人与自动化会议）医疗机器人主题Keynote环节，新加坡国立大学（NUS）Haoyong Yu（余浩泳）教授发表演讲。作为Biorobotics Lab的负责人，他回顾了团队过去十年在可穿戴机器人与外骨骼领域的研究历程。
尽管老龄化社会、工伤防护及物流建筑行业的肌肉骨骼损伤问题推动了外骨骼的巨大市场需求，但该技术至今未能在产业界得到广泛普及。Haoyong Yu指出，问题的核心不在于市场尚未准备好，而在于现有外骨骼在重量、舒适度、穿戴便利性、成本控制及操作复杂度上存在显著瓶颈。为了打破这一僵局，研究视角需要从单纯的“能力堆叠”转向“可用性提升”，即在结构设计、感知与控制三个层面同时降低系统复杂度，使外骨骼从“复杂的机器人”转变为“轻便、可靠且自然的日常工具”。
核心内容
Haoyong Yu通过背部支撑、肩部支撑和髋部行走辅助三个具体案例，阐述了其团队如何通过工程取舍来解决外骨骼的落地难题。
1. 背部支撑外骨骼：单电机与差速机构的应用 腰背损伤是工伤中的首要问题。传统背部外骨骼常采用双电机方案以提供强力支撑，但这导致了设备沉重、双侧同步控制困难以及成本高企。Haoyong Yu团队反思认为，躯干运动本质上主要涉及一个自由度，因此无需两个电机。他们借鉴传统燃油车单发动机驱动多轮的原理，设计了单电机方案。通过线缆和串联弹性元件（Series Elastic Elements），单电机即可向两侧提供相等的力，同时允许两侧在速度和角度上自由变化。这种设计不仅降低了重量和成本，还消除了双侧同步控制的难题，实验显示其能提供30%至45%的辅助力，且动作控制更为流畅。
2. 肩部支撑外骨骼：轻量化与灵活性 针对建筑和物流行业工人长期举过头顶作业导致的肩关节损伤，团队开发了类似的肩部支撑设备。该设备同样采用单电机驱动差速机构，通过线缆路径为两侧手臂提供辅助。其核心原则是在保持两侧受力一致的同时，赋予手臂在不同角度和速度下的运动自由度，从而在提供支撑的同时保留操作的灵活性。
3. 髋部行走辅助：适应复杂地形与步态 髋部外骨骼在中国市场已较为常见，主要用于登山和徒步。然而，在行走辅助场景中，尤其是面对老年人或不同地形时，双电机难以实现良好的人机协同与同步。团队为此设计了单电机髋部外骨骼，并引入差速机构。关键在于识别“摆动腿”：系统仅需为摆动腿提供辅助力，而对支撑腿提供支撑或保持后方位置。通过减少机械结构并简化控制逻辑，实现了更自然的行走辅助。
4. 感知与控制：FMT传感器的创新 外骨骼要实现自适应辅助，必须准确识别用户的任务意图（如搬运重物、平地行走、上下楼等）。传统方法依赖肌电图（EMG）或惯性测量单元（IMU），但EMG需贴肤且噪声大，IMU需多点布置且复杂。 团队开发了基于光纤微弯效应（FMT, Fiber Micro-bending Technology）的传感器阵列。FMT传感器可绑在衣物外部，无需直接接触皮肤，通过检测肌肉体积变化来感知肌肉运动。
- 优势：硬件简单、易穿戴、低延迟、鲁棒性强。
- 功能：结合简单的分类算法，系统可识别负载等级（如5kg、10kg等）和任务模式。
- 控制逻辑：系统不追求连续输出的高精度，而是通过几个等级进行分类，以满足实时响应需求。例如，检测到重物时按比例增加辅助力，轻物时减少辅助以避免干扰。
- 集成：传感带集成于外骨骼系统中，用户只需穿戴并等待自动标定，系统即可初始化并根据任务自适应调节辅助力度，无需手动切换模式。
关键要点
- 需求与供给错位：老龄化、工伤防护等需求明确，但供给侧受限于重量、舒适度、成本和操控复杂度，导致“可用性”不足。
- 工程取舍原则：
- 结构简化：能用单电机解决的问题不使用双电机，利用差速机构和串联弹性元件降低重量、成本及同步控制难度。
- 感知轻量化：避免复杂的传感阵列，采用非接触式、易穿戴的FMT传感器阵列。
- FMT传感器特性：
- 通过检测肌肉体积变化感知运动，可隔着衣物使用。
- 相比EMG，虽精度略低但噪声小、无需贴肤、部署简单。
- 通过分类算法识别负载等级和任务模式，满足实时控制需求。
- 自适应控制逻辑：
- 系统根据感知到的任务（如搬运重量、行走地形）自动调整辅助力等级。
- 无需用户手动切换模式，系统内部基于置信度自动切换控制器或辅助策略。
- 设计哲学：外骨骼不应追求成为“最复杂的机器人”，而应成为对特定任务足够有效、简单且稳定的系统，像衣物一样轻便，像机械传动一样可靠。
意义与影响
Haoyong Yu的演讲揭示了可穿戴机器人从实验室走向产业应用的关键路径：从“性能导向”转向“可用性导向”。
- 重新定义技术难点：外骨骼落地的核心障碍不再是提供多大的力量，而是如何让辅助力在正确的时间、以正确的方式出现，且不干扰人的自然动作。这要求研究者审视自身，降低系统复杂度。
- 工程方法的革新：单电机差速机构和FMT传感器的应用，证明了通过巧妙的机械设计和低复杂度感知方案，可以显著降低硬件成本和维护难度，提高系统的鲁棒性和用户依从性。
- 产业启示：对于具身智能和可穿戴机器人创业者而言，过度堆叠传感器和执行器并非最优解。针对具体场景（如物流、养老），开发结构简单、感知直观、穿戴便捷的系统，比追求通用的高性能机器人更具商业落地价值。
- 未来展望：随着技术的成熟，外骨骼有望从专业防护工具转变为日常辅助装备，帮助老龄化劳动力保持工作能力，帮助老年人维持活动能力，从而产生巨大的社会和经济价值。