在許多的美國科幻電影中，外骨骼都出現過，他們幫助一個人舉起或攜帶較重的負荷，跑的更快，跳的更高，幫助戰士更好地進行戰斗，有更好地保護，攜帶更多的武器和裝備，并具有比正常人更強的體能?，F實生活中這種外骨骼也被研發出來了，而且由碳纖維制造的外骨骼相比傳統金屬材質優勢明顯


一、關于碳纖維外骨骼

隨著科技的發展，機器人外骨骼成為科研人員研究的重點對象，機器人外骨骼的研發不論對于國防建設還是民用領域，都有著極為重大的意義。影響機器人外骨骼的因素有很多，其中輕量化占據著很大的比重。

外骨骼(exoskeleton)原指為生物提供保護和支持的堅硬的外部結構。外骨骼機器人( exoskeleton robot)可理解為一種結合了人的智能和機器人機械能量的人機結合可穿戴裝備。外骨骼機器人技術在許多領域有著很好的應用前景。

實驗表明碳纖維機器人外骨骼與傳統金屬材質相比有著很多優勢，其耐腐蝕、耐高溫、強度高、質量輕等特性可以讓機器人外骨骼更好地發揮其性能。


二、碳纖維骨骼應用領域

1、民用領域

在民用領域中碳纖維機器人外骨骼通常用于康復治療中，它是一種可以像穿衣服一樣穿在身體上的智能機器人，幫助穿戴者跑得更快、力氣更大、耐力更強。通常關于碳纖維機器人的外骨骼動力方面，它們使用放置在關節處的電機來實現，其將力傳遞到移動穿著者腿部的剛性部件。但是，機器人外骨骼存在著一個擱置了多年的難題，那就是它們不能轉身，只能往一個方向一直前進。加利福尼亞州斯坦福大學的學者Steve Collins曾說過，“幫助人們轉身是非常重要的，但很少被解決?！碧祭w維外骨骼，是一種可穿戴設備，可充當放大器并有助于恢復人類行動。它結合了機器動力和人類智能，以提高機器的智能，方便操作。外骨骼可以廣泛的覆蓋整個身體，如人的上半身或下半身，甚至身體的特殊部分，腳踝或臀部。它們可以供電并配備傳感器和執行器，也可以處于被動狀態。簡單的電子電路，帶執行器和電池，增強緊固和控制技術，有助于我們的日常任務更高效。


2、軍用領域

在軍用方面，碳纖維外骨骼需要有著強大的動力，外骨骼可以以不同的方式得到加強。供電的外骨骼使用電池或電源線激活傳感器和執行器。在靜態外骨骼中，與動態外骨骼不同，驅動程序應始終保持打開以保持設備的形狀，而在動態外骨骼中，驅動程序不必隨時打開，這樣可以更節能。被動外骨骼沒有任何發電手段，可用于重新分配、放大、減輕或鎖定重量?；旌贤夤趋朗菐Э刂破骱蛡鞲衅鞯膭恿ν夤趋?，但積極使用肌肉的FES功能（功能電刺激）進行驅動。在野外作戰才能使機器人外骨骼能夠長久地發揮作用，更有效的輔助士兵搬運物資等。

碳纖維復合材料的問世是材料領域的一大進步，可以滿足一些特殊環境對于材料的特殊要求，使用碳纖維復合材料制作機器人外骨骼，可以大大降低能源消耗。并且其耐腐蝕的特性可以讓其工作時間得到提升，不必因為被腐蝕而不得不整體更換。


三、碳外骨骼領域內新突破

1、防水的第 5 代 Cray X

German Bionic第五代碳纖維外骨骼主動步行輔助與背部支撐雙智能，通過主動步行輔助和其他開創性技術在手動處理環境中增加人類增強的新維度。

第 5 代 Cray X 繼承了其前身的碳纖維框架、物聯網功能和智能工廠集成，但現在配備了更強大的電池，旨在為用戶提供更長時間的電力。當電量不足時，40V 電池也可以快速更換為新電池，以保持生產線運轉。

除了保護佩戴者的下背部外，這款新型號還提供主動步行輔助——因此工人在拿起高達 66 磅（30 公斤）的負載時得到支持，將它們帶到他們需要去的地方，并在需要時放下它們他們到達那里。

第5代Cray X外骨骼全連接，兼容智能工廠，并包含基于AI的安全系統，可對不正確的舉重操作或不良姿勢發出警告。

設計中內置了新用戶的輔助系統，在集成顯示屏上顯示提示和說明，讓他們快速安全地啟動和運行，而基于人工智能的人體工程學預警系統會提醒佩戴者姿勢不良或舉升方法不正確. 管理人員可以監控和記錄環境和社會治理報告的這些事情。

IP54 防水使得可以在干燥、潮濕或多塵的室外環境中使用，為“建筑工地、室外倉庫或汽車修理廠”打開了平臺。

與其前身一樣，重量輕的碳纖維結構Cray X可輕松連接到工業物聯網平臺和所有智能工廠生態系統，促進業務流程的真正集成。


2、Addyx 開發水溶性膨脹心軸為生產提供新自由

使用水溶性芯軸，碳素外骨骼為拓撲優化的復合材料打開了范例，減少了重量、制造時間和廢品率。

Addyx 開發了創新技術，使用增材制造 (AM) 系統和新型沖洗型心軸，可以模制碳纖維增強筋——例如，在中空管內。

Addyx Srl（意大利蒙特西爾瓦諾）開發了碳外骨骼，這是一種用于先進復合材料結構的創新技術，包括在模制空心組件內部進行拓撲優化的單向 (UD) 碳纖維增強復合肋條。

使用 Addyx 的 WSM-170 水溶性膨脹心軸獲得的碳外骨骼技術為設計和生產具有復雜幾何形狀的中空復合材料部件提供了新的自由。此外，據說它可以促進復合結構的拓撲優化，提高機械性能，包括剛度和強度重量比，同時也是一種提高抗沖擊性的輕量化綜合方法。

WSM-170 采用增材制造 (AM) 技術，使用具有低環境足跡的材料制成，是復合材料加工的理想選擇，包括高壓釜和非高壓釜 (OOA) 方法，例如帶有外部計數器的樹脂傳遞模塑 (RTM) -模具。

Addyx 的碳外骨骼技術可以在碳纖維增強聚合物 (CFRP) 復合管內生產模制肋骨。

所得復合材料部件的優點包括：

制造時間可減少 40%。

報廢率可降低 15%。

減重高達 20%。

內外表面的高質量表面光潔度。

可持續性——使用自來水清洗心軸。



文章來源： 碳材料大會，碳材料科技，復材云集，悠閑的小咸魚Wool