密歇根大学与波音公司联合开展的两项最新研究表明，旨在辅助制造业高空作业的肩部外骨骼设备存在显著的运动迟滞问题。这一发现可能解释了为何部分工人在实际生产环境中不愿采纳此类技术。
在飞机机翼组装等制造场景中，工人常需进行头顶钻孔和布线作业。轻型肩部外骨骼通过提供向上的支撑力，减轻上半身肌肉和关节的负荷。然而，尽管具备理论上的减负优势，初期试运行显示工人的接受度并不高。
“既然工人不自愿使用外骨骼，我们需要探究其背后的原因。”波音公司技术研究员 Dongjoon (DJ) Kong 博士指出。
为寻找阻碍因素并评估佩戴影响，研究团队设计了两个实验：一是实验室环境下的手眼协调任务测试，二是制造培训设施中的钻孔固定任务模拟。
外骨骼导致运动速度下降
在实验室研究中，参与者佩戴了配备类似杆状弹簧以抵消负载的 Ottobock Paexo Shoulder 外骨骼。
测试要求参与者以尽可能快且准确的速度按预定顺序操作，随后在肩膀水平以上 40 度的更疲劳位置重复动作。数据显示，虽然使用者感觉不适程度较低，且设备的佩戴未对操作的准确性、错误率或精度产生负面影响，但运动效率却有所降低。
具体而言，当手臂处于肩高时，运动时间减慢了 3.7%；而当手臂高于肩部水平时，减速幅度达到 9.7%。在追求高效率的制造业环境中，这些微小的延迟累积起来可能导致产量下降，从而削弱工人达成生产目标的信心。
被动式外骨骼抵抗向下运动
第二项研究在制造培训设施中进行，学员执行包括钻孔、沉孔和螺丝固定的顶部钻孔紧固任务，分别在不佩戴和佩戴外骨骼的情况下进行对比。该任务要求在步骤间频繁更换工具位置。
研究人员在受试者的额头、背部、上臂和手腕处部署传感器，以评估身体姿态及肌肉骨骼损伤风险。
结果显示，外骨骼在所有四个子任务中均降低了脊柱曲率（即减少前倾或侧弯），这有助于降低背部受伤风险。肩部风险因子因任务而异，外骨骼能根据特定姿势提供支持。
密歇根大学工业与运营工程及机器人专业教授 Leia Stirling 强调：“仅凭钻井时手臂位于头顶这一静态姿势信息，不足以判断被动式肩部外骨骼是否适合该工作。运动的性质和方向同样关键。”
传感器数据揭示了一个核心矛盾：被动式外骨骼持续向上施加推力，迫使工人在进行非头顶动作（如放下手臂）时，必须动用额外的肌肉力量来克服这种阻力。
关于舒适度，实习生对外骨骼支持部位的不适感变化不一。部分工人感到略微舒适，部分无变化，也有部分人觉得不适感增加。研究者认为，这种差异有限可能是因为试验持续时间较短，且基线不适感本身较低。然而，长期来看，在一整天工作中间歇性地对抗外骨骼的阻力，最终可能导致比帮助更多的疲劳和沮丧感。
“我们并未观察到预期的感知效益。让外骨骼更好地适配工作任务仍有改进空间。”机器人博士生、主要作者 Jian-yang (Joe) Tang 表示。
针对这一问题，研究人员建议修改外骨骼设计，允许工人在手臂向下移动时脱离支撑功能。这种调整可以通过用户手动控制，或通过检测用户运动状态实现自动切换。团队呼吁制造商在实施外骨骼方案时，充分考虑工人执行任务的动态特性。
Stirling 总结道：“我们认为外骨骼在降低工人肌肉骨骼损伤风险方面潜力巨大。对于设计师而言，制定能够精准响应工人工作任务需求的技术规范至关重要。”
参考文献：
Jianyang Tang 等人，《利用惯性测量单元表征被动肩部外骨骼在钻孔紧固任务试点研究中的肌肉骨骼风险因素》，Applied Ergonomics（2027）。DOI: 10.1016/j.apergo.2026.104898
