人工肌肉
- Advertisment -
用資料科學爭取預警時間 製造業運作更靈巧
然而，生產製造有如萬噸輪船，產線一旦開動或停止，要臨時踩煞車、重新啟動或更改生產品項，有時是非常困難的。因此，製造業者無不希望自己的產線運作能夠更靈巧，以應對脫離常軌的市場狀態。有什麼秘訣可以協助製造業者達成這個目標呢？善用資料科學，為生產線爭取更多預警時間，或許是一個可行的思路。
以半導體製造業為例，受到COVID-19影響，市場需求的波動變得比以往更為劇烈，但一片晶圓從投片到製作完成，正常的生產週期約在100天上下。若客戶在這三個月期間臨時砍單、追單、改變交期，或原本冷門但需求穩定的晶片，突然變得炙手可熱，都為半導體製造業者的產能調度及供應鏈管理，帶來不小的考驗。
以資料科學抓住黑天鵝
工業生產有剛性，市場變動如流水。因此，對製造業來說，要因應市場變化調整生產步調，本來就是相當具有挑戰性的目標。企業的營運決策若無法洞燭機先，預測未來，為工廠端爭取反應時間，光靠工廠端的努力，能做的事情也有限。這也是資料科學、大數據分析、人工智慧等技術，近年來在智慧製造領域成為顯學的原因--藉由過去累積的資料數據，加上資料科學工具，我們在一定程度上，將有能力預測未來。
以這次COVID-19疫情為例，台灣的衛生官員早在2019年12月，就從社群管道得知，武漢當地疑似有傳染病疫情爆發，再加上台灣過去曾有過SARS的教訓，使得台灣公衛主管機關決定展開超前布署，才有今日台灣的防疫成果。而遠在地球的另一端，加拿大的公衛風險預警系統公司BlueDot，則是用資料科學方法，在同一時間察覺到武漢當地可能有傳染病爆發。
就防止傳染病散布而言，兩到三個月的預警時間何其寶貴；對工業生產來說，長達幾個月的預警時間，也是彌足珍貴。倘若德國、日本的汽車產業能早在12月底、1月初就警覺到身為零組件供應重鎮的武漢，很可能將爆發疫情，後面的生產調度就能有所因應，汽車供應鏈受到的傷害也能減輕。
以汽車零組件為主要營收支柱之一的博世(Bosch)集團，在2020年第一季就因為COVID-19疫情受到嚴重打擊，以地理區來看，亞太區營收下滑15%，是近年來最嚴重的衰退；以事業別來看，交通跟工業解決方案的營收則分別衰退了7.7%與18.5%。然而，在亞太市場一片大逆風中，台灣的營運狀況卻相對穩健，集團總部甚至還決定持續加碼投資台灣，將電動自行車部門的亞太總部設立在台中。
從早期預警到迅速因應 資訊系統融貫是關鍵
早期預警跟採取正確行動，是防止黑天鵝搗蛋的兩大關鍵，兩件事情都得做到位，否則結果一定不理想。從智慧製造的角度來看，這次COVID-19疫情，正好是企業內部檢討的機會。身為管理者，要追問的重點問題有三：
．企業內各部門的資訊系統是否融貫？
．企業內的資訊系統夠及時嗎？
．企業內有資料輔助決策的習慣跟文化嗎？
稍具規模的現代企業，其運作流程基本上都是靠著電子化系統串接，但個別部門因為職能需求，很可能會有專門的軟體平台，例如IC設計跟半導體製造業的研發部門，一定是靠EDA工具來完成其工作，但晶圓廠端則是靠製造執行系統(MES)、SCADA來安排各項製程的銜接跟排程，財會部門則會有專門的財會軟體等。這些不同的軟體平台，彼此間的資料很難銜接，也不一定要做到完全對接，但當緊急狀況發生，需要各部門協調時，這些平台的資料能不能做到最低限度的融合，讓決策者跟部門主管快速掌握各部門目前大致的狀況，是很關鍵的。
在這次疫情中，晶片客戶擔心庫存堆積而砍單、臨時要求拉長交期，或是因為擔心斷鏈而追加訂單的兩極狀況，都曾經出現過。還有些本來需求很平穩的成熟產品，因為疫情的關係而出現明顯的需求波動。耳溫槍、額溫槍、檢測儀器所使用的晶片，則是因為防疫的關係，需求突然爆量，導致許多晶圓代工廠的醫療用晶片，必須用Super Hot Run來生產。總結來說，在這次的疫情影響下，企業的產能、供應鏈調度、產品組合都必須要很快地做出調整，才能應對劇烈變動的市場。這些調度跟調整，都是在供應鏈規畫裡面完成的。
晶圓廠的彈性生產能力，在這次的疫情中，重要性也更加凸顯。因為產品的變化比平時更激烈，因此晶圓廠很可能會遇到臨時換線的要求。由此衍生的派工邏輯改變、生產週期控管、品質控管等，很多瑣碎的細節，都考驗著晶圓廠彈性生產的能力。
在必須快速因應局勢變化進行生產調度的當下，大數據分析與資料科學，是幫助企業提高應變速度的有力工具。從市場資訊的蒐集、預判，以爭取反應時間，到將複雜的數據轉化為一目了然的資訊儀表板，乃至預估未來的局勢演變，機器學習、深度學習等資料科學，都能幫得上忙。
打破資料孤島將是一場硬仗
整體而言，許多製造業在進行企業系統整合，實現智慧運維時，都面臨系統複雜度高、多重設備供應商、產線設備新舊不一、剛性組織不易調整與系統缺乏互通性這五大挑戰。也因為這些障礙存在，許多企業內部不同部門的資訊系統，甚至同一部門的不同資訊系統，至今還是一座座資料孤島，系統與系統之間老死不相往來。然而，為了落實智慧運維，必須設法打通這些資料流動的障礙，才能進一步分析資料。因此，資料流的解構與重構(De-& Re-Construction)，將是不可避免的工程。
許多製造業都已經有相當完整的資訊系統，包含最底層的可編程邏輯控制器(PLC)、人機介面/數據採集監控系統(HMI/SCADA)、生產執行系統(MES)到最上層的ERP、SCM、PLM等企業系統。這些系統以往都有自己的資料流，很難實現資料整合。
資料中台(Data Hub)的概念，就是為了快速打通資料流動的阻礙，讓企業能為了特定應用需求，迅速取得完整資料而產生。藉由將既有系統的資料彙整在一起，或是不同資料流採用相同的資料標準、格式，為跨系統界接資料打基礎，是此一概念的核心。許多IT設備跟網通巨頭，近幾年都在大力倡導這項概念，但不可否認的是，這絕對會是一項大工程，特別是規模越大的企業，要導入資料中台，解決資料孤島現象的難度也越高，因為其所涉及的既有系統，規模也越大。
但困難不是企業不採取行動的理由，在COVID-19疫情中與疫情過後，企業必須在更短的時間內進行資源調度與緊急應變，以滿足客戶跟市場的需求。因此，企業的資訊系統必須採用更靈活、更彈性的架構，才能達成目標。
機器手臂布建量漸增 RMS解決管理難題
機器手臂管理系統(Robot Management System, RMS)結合聯網技術，是上述問題的解答。RMS是一套安裝在工業電腦或伺服器上的應用程式，搭配手臂控制器上的韌體，就能讓自動化工程師在遠端存取機器手臂的操作紀錄，或是修改某些設定。
從企業IT的角度來看，這類遠端存取或修改設定，甚至軟體更新等功能，已經是習以為常，甚至是天天會用到的功能，目前大多數的IT設備也都已經支援。但要在工業應用場景中實做這些遠端管理功能，有些面向是必須審慎考慮的，特別是跟設備的安全性及穩定性有關的功能。
以愛普生(Epson)近期發表的RMS方案(圖1)為例，在正式推出前，Epson就花了很長的時間在研究手臂實際應用的需求，以及如何在確保設備安全、穩定運作的前提下，讓自動化工程師能夠更有效率地管理大量機器手臂。
圖1 以RMS系統來遠端管理大量機器手臂，可有效減少自動化工程師的工作負擔
管理第一步：掌握設備狀況
要管理設備，最基本的需求是掌握設備的運作狀況。以機器手臂來說，可以進一步細分為正常運作狀態下的設備狀態監控，以及異常狀態發生時的警報功能。當設備正常運作時，自動化工程師需要定時蒐集設備的狀態資訊，包含控制器的運作狀況，以及手臂本體上的電池、馬達、減速機、皮帶、潤滑油等重要零部件的健康資訊。
不過，在設備正常運作的情況下，管理者其實不太需要這些參數的即時資料。只需定時更新數據，讓工程師掌握上述參數的變化趨勢，就已經足夠，還可以節省通訊頻寬跟資料儲存空間。只有當設備出現異常時，才需要即時的警報功能。
掌握上述實際應用需求後，Epson的RMS在狀態監控跟故障警報方面，採取兩套不同的做法。當機器手臂跟控制器正常運作時，系統的資料更新頻率為每個小一次，減少手臂與伺服器間頻繁通訊造成系統不必要的負擔，但當手臂出現異常狀況時，系統會發出即時警報，通知管理者著手處理。
另一方面，隨著設備監診跟預防性維護的觀念，開始變得越來越普及，因此Epson在設計RMS時，也已經實作重要零部件壽命預估的功能。如前面提到的馬達、皮帶、潤滑油跟減速機等零部件，透過長期累積資料跟不斷修改演算法，現在RMS系統已經可以根據機器手臂的實際運作狀況，推估出這些零部件的剩餘預期壽命(圖2)，供管理者作為維修排程的參考。
圖2 RMS可以預估機器手臂內重要零部件的預期壽命，讓管理者在進行維修排程時，有更多參考資料
為了方便管理者一目了然地掌握眾多機器手臂的狀態，在RMS中，用戶可依照不同管理需求，自行替每一台手臂跟控制器定義各種群組，例如按照產線別、廠區別建立不同群組。而為了簡化RMS與現有戰情資訊系統的整合作業，RMS可支援網頁架構，以便與使用者廠區內既有的戰情系統串聯。
批次採購造成韌體版本紛雜遠端更新解難題
另一個在已經大量導入機器手臂的產線上經常出現的問題，是手臂韌體版本不一。機器手臂就像很多IT設備一樣，隨著新功能的增加，會需要更新新版韌體，但因為機器手臂屬於產線設備，製造業者在導入手臂時，通常不會一次大量採購，全面部署，而是分批採購，一個個工站逐漸導入。
這使得一條產線上常會有好幾個不同梯次採購的手臂共存，不同時期採購的機器手臂，所搭載的韌體版本也不一樣，對自動化工程師的管理、維護造成許多麻煩。特別是在產線分布在多個不同廠區的時候，在沒有遠端更新功能的情況下，工程團隊需花費更多的時間與精力管理手臂，且只能舟車勞頓地到現場一台台更新，才能維持手臂韌體版本統一，十分不便。
因此，韌體版本的遠端更新，對於已經擁有大量手臂設備的使用者而言，是一個迫切需要的功能。但從設備安全跟穩定運作的角度來看，越是方便的功能，所引入的潛在風險也越高，因此在開放這類遠端更新功能時，必須十分審慎。
以Epson的RMS為例，目前開放的遠端功能主要是韌體更新、控制器備份/設定與SPEL+專案傳送等功能，但不允許使用者透過網路直接修改設備上的SPEL+檔案內容。SPEL+是機器手臂的動作腳本，機器手臂的動作會按照此腳本的設定來進行，倘若腳本內容修改，導致產線上的手臂與其他物件，例如鄰近的手臂或夾治具發生碰撞，會有安全上的疑慮。如果工程師要修改SPEL+，通常都要先進行測試，確認安全、正確才能傳到手臂的控制器上。
安全考量不容妥協 RMS功能設計須慎重
從IT領域的角度來看，機器手臂的遠端管理功能或許很基本，甚至有些陽春。單以Epson的RMS來看，很多遠端管理功能，都是IT設備早已具備的。但機器手臂畢竟是OT(Operational Technology)設備，而非IT (Information Technology)設備，因此在開放遠端管理功能之際，如何確保機器手臂的安全(包含資訊安全及硬體安全)跟穩定運作，還是要用十分審慎的態度來應對。
但無論如何，由於產線上的手臂數量持續成長，供應商勢必要提供更有效率的管理工具給用戶，否則自動化工程師將難以應付暴增的工作量。在這個兩難情況下，Epson將會繼續努力，在確保安全無虞的前提下，在RMS上提供更多功能，簡化管理大量機器手臂所帶來的工作負擔。
(本文作者任職於Epson)
柔性自動化大勢所趨 手臂/外骨骼裝相輔相成
也因為機器手臂的泛用性遠高於大多數自動化設備，因此在自動化產業朝「柔性化」目標發展的過程中，機器手臂的進展至為關鍵。「柔性自動化」跟傳統自動化的差異在於，柔性自動化的機電整合程度比傳統自動化高，具有更大的可編程特性，故能靈活應對少量多樣的生產需求。這點對於中小型製造業導入自動化十分關鍵，因為大多數中小型製造業都屬於少量多樣生產，傳統自動化技術不見得能解決中小型製造業者所面臨的問題。
另一方面，自動化技術終究有其極限，因此許多日本機械業者跟學術研究單位都開始將研發方向放在「人機結合」上，亦即用穿戴式的機械設備來輔助人類作業員執行任務。在五花八門的穿戴式設備中，可以幫助人類節省力氣的外骨骼裝，可說是商品化進度最快的產品。
提高手臂應用彈性 前端工具設計更見巧思
機器手臂是一個相對封閉的產業，不僅每家手臂品牌業者都有自己偏好的通訊協定，甚至連手臂前端與夾爪等工具配件銜接的法蘭(Flange)，都採用不同的設計規格，這使得系統整合商(SI)或使用者在導入機器手臂時，均面臨許多問題。手臂前端工具的規格若能統一，將有助於加快機器手臂應用的導入速度，並降低成本。這也是OnRobot正在努力的方向。
OnRobot執行長Enrico Krog Iversen(圖1)表示，由於每家機器手臂業者都有自己專屬的軟硬體介面，因此目前絕大多數的機器手臂前端工具，例如夾爪、吸盤等，常常得採用高度客製化的設計。
圖1 OnRobot執行長Enrico Krog Iversen認為，通用的前端工具平台，將是加快機器手臂應用導入的關鍵。
但高度客製化也使得這類前端工具的一次性工程(NRE)成本增加，並使其不容易因應產線需求改變而調度。這些問題的存在，使得機器手臂的應用受到極大限制，也讓OnRobot看到機會。
為打破各家機器手臂品牌無法互通的限制，OnRobot提出手臂前端工具統一平台的概念，要讓所有機器手臂的前端工具都能跨廠牌通用，進而使SI跟使用者能更快實現應用導入。在硬體層面，針對不同手臂品牌，OnRobot推出對應的快拆式法蘭轉接器，並內建通訊協定轉換晶片，以便讓前端工具跟手臂之間得以建立通訊連線；在軟體層面，OnRobot則提供專門用來控制夾爪、吸盤等前端工具的應用軟體或軟體開發環境，讓自動化工程師得以快速完成程式編寫作業。
Iversen表示，由於OnRobot還是一家很年輕的公司，因此在軟體層面的整合，還需要一些時間來推動。OnRobot的目標是要與目前市場上絕大多數的手臂品牌實現深度整合，也就是讓前端工具的控制設定，就像使用手機App一樣直覺、方便。目前OnRobot的前端工具已經跟Universal Robot(UR)的協作手臂實現深度整合，在UR的軟體環境裡，可以直接呼叫OnRobot的前端工具App，以非常直覺的方式來設定前端工具的控制參數。預計到2020年5月，OnRobot將會與大多數手臂品牌業者實現類似的深度整合。
除了打破手臂品牌之間的藩籬外，OnRobot目前還有另外兩項重要工作正在推動中，其一是擴大通路合作夥伴的數量，另一個則是增加前端工具的品項，以滿足更多樣化的手臂應用需求。目前OnRobot的產品只透過通路合作夥伴銷售，全球約有400家合作夥伴。預計到2020年底前，全球合作夥伴的家數將達到800家。
另一方面，OnRobot也計畫在2020年結束前，再推出30種不同的新產品，以滿足使用者的需求。這些新產品不一定是前端工具，也包含各種感測技術。Iversen認為，感測技術將是機器手臂與其前端工具未來發展的重點。唯有讓手臂或前端工具具備類似人類的感知能力，才能讓機器手臂得以靈活運用在更多應用場景中。
此外，前端工具本身也應該提升整合度，讓使用者更容易導入。舉例來說，目前很多吸盤類的夾爪都還需要搭配外接空壓機才能使用，但這不僅會占用更多空間，也會增加走線的複雜度。有鑑於此，OnRobot在iREX展期間發表了一款輕巧型電動真空夾爪VGC10(圖2)。該夾爪是一款可模組化彈性配置，適用於絕大多數應用的小型夾爪。
圖2 OnRobot在iREX展期間推出的新型真空夾爪VGC10。
VGC10是以VG10真空夾爪為設計基礎，但VGC10的外型更加輕巧，能應用於狹窄的環境和更小型的機械手臂，且負重高達15公斤。VGC10不僅能實現開箱快速部署，更透過方便調整的吸盤、可自由增添或更換的吸盤臂等，提供多樣的客製化可能。具模組化的特色讓此一新型夾爪即便裝配在負重量較小的機械手臂上，也能順利完成大批量地抓取及移動小巧、多面和重型物件的任務。
VGC10包含兩個可獨立控制的真空通道，使其具備雙重抓取功能，可在單一動作中同時執行物件的撿取和置放，進而提升效率並縮短週期時間；若僅使用單一真空通道，則能使夾爪的所有部件一致行動以提高抓取效能。此外，VGC10不需安裝空壓機或外部氣源，可省去製造壓縮空氣所產生的成本、噪音、額外裝設空間及維修需求，也讓此款夾爪更容易裝配和移動。
外骨骼裝搶進iREX展商品化進展快速
這次iREX展上除了各種機器手臂之外，展出外骨骼裝的新創業者也不少，且值得注意的是，許多開發外骨骼裝的業者都跟大專院校有一定程度的關聯性，顯示生醫與機械、電子產業結合，將是一大趨勢。另一方面，由於外骨骼裝並非醫療器材，而是產業用設備，因此這些產品開發完成後，很快就能量產上市，不像醫療輔具需要通過嚴格的醫材審核規範。
在本次iREX展中，由東京理科大學教授小林宏創立的INNOPHYS，就展出了由壓縮空氣驅動的Muscle Suit外骨骼裝(圖3)。目前這類可以讓穿戴者在搬運重物時節省力氣的外骨骼裝，多半是以McKibben氣動人工肌肉作為核心技術。這種人造肌肉在放鬆時是長條狀的管狀橡膠，但只要對其充氣，人造肌肉就會收縮並產生力量。若將這類人造肌肉搭配適當的人體工學設計，配置在正確的位置上，就能幫助穿戴者節省搬運重物時需要出的力氣。
圖3 由壓縮空氣驅動的Muscle Suit外骨骼裝，目前已進入量產階段。
氣動人工肌肉並非近年才出現的發明，早在1950年代就已經被發明出來，並運用在義肢上，1980年代時，輪胎大廠普利司通(Bridgestone)將其改良並商品化，而成為目前許多軟性機械跟外骨骼裝所使用的致動單元。但也因為這種人造肌肉是以壓縮空氣作為動力源，因此大多數採用這類人造肌肉的設備，都必須搭配空壓機使用。
INNOPHYS的設計之所以特別，在於其壓縮空氣並非由空壓機產生，而是靠內建的手動唧筒來壓縮空氣。使用者穿上Muscle Suit之後，需要按壓唧筒約40次，Muscle Suit才會產生效果。雖然不像內建空壓機的外骨骼裝那麼方便，但相對的重量也輕了許多，整套外骨骼裝的重量僅3.8公斤，且據業者宣稱，按壓唧筒40多次所產生的壓縮空氣量，在一般狀態下就足以使用一整天，而且使用者隨時都可以幫外骨骼裝打氣，延長設備的使用時間。此外，因為整套設備完全都是機械結構組成，因此防水防塵等級可達IP56，遇到下雨、下雪或有水花噴濺的作業場所也沒有問題。
沒有電池跟空壓機的設計，也讓Muscle Suit的價格得以壓低到14萬日圓(接近新台幣4萬元)以下，讓外骨骼裝變成一般家庭也能負擔得起的設備。INNOPHYS認為這點非常關鍵，因為在日本成為超高齡化社會之後，有許多行動不便的老人需要長期照護，但視每個老人家的狀況不同，有時看護是非常需要體力的工作。此外，在很多情況下，不是年輕力壯的人來照顧長者，而是也已經有點年紀的中壯年者在擔任看護工作。因此，產品價格必須要壓低到一般消費者也能負擔得起的水準。
不過，除了基於人工肌肉之外，也有基於馬達驅動的外骨骼裝。例如豐田集團旗下的JTEKT，就在iREX展上展示了內建電池的電動外骨骼套裝J-PAS Lumbus(圖4)，不含電池的本體重量約4公斤，電池續航力則為4小時以上。
圖4 JTEKT推出的J-PAS Lumbus外骨骼裝。
據筆者實際穿戴後搬運重物的感受，穿上J-PAS之後，要搬起20公斤的物體幾乎是不費吹灰之力，因為在舉起重物的瞬間，外骨骼裝會產生一股向上的拉力，幫助使用者從蹲姿轉為站姿。但也因為J-PAS Lumbus是由電池跟馬達驅動，因此其輸出力量會比採用人工肌肉的外骨骼裝來得小，約為30牛頓，防水防塵等級也僅達到IP55，略遜於採用人工肌肉的類似產品。
除了已經商品化的外骨骼裝之外，在本次iREX展中，由日本中央大學理工學部教授中村太郎等人所創立的新創公司Solaris，亦展示了改良型的氣動人工肌肉裝置，為各種工程應用及高強度外骨骼裝的發展打下基礎。
相較於現有的McKibben型人工肌肉，該公司的人工肌肉外加了與軸方向水平的纖維來進行結構強化，使其人工肌肉能夠承受更大的力量，並且變得更耐用。據Solaris提出的測試數據，其軸方向纖維強化型人工肌肉(圖5)能承受的力量可達2,100牛頓(N)，且使用壽命可達80萬次循環。這使得這類人工肌肉不僅可以用在外骨骼裝，還可以應用在管道檢查或地底探測用的蚯蚓型機器人、固體或高黏性流體的運輸，例如工程現場的砂石運輸管等場景。
圖5 Solaris發展出新一代人工肌肉，可讓外骨骼裝輸出更大的力量。
Solaris也已經利用這款改良型的人工肌肉開發出可以提供更大輔助力量的外骨骼裝原型，主要是針對下肢運動提供輔助，不過，因為其輸出力量更大，因此不像INNOPHYS的外骨骼裝可以手動充氣，必須要用外接空壓機來提供壓縮空氣，預定的使用場景也將以工業或工程作業現場為主。至於在毋須外部動力源的外骨骼裝方面，Solaris目前已開發的產品是針對上肢運動所設計，主要鎖定的是農業應用。
雖然外骨骼裝有許多跟殘障輔具類似的地方，也跟人體有非常緊密的接觸，但因為其主要功能是幫使用者節省力氣，因此不被認定為醫療器材。這讓外骨骼裝製造商可以免去冗長的醫材認證程序，依據使用者的回饋，不斷推出更切合實際應用需求，且價格更低廉的新產品。另一方面，隨著日本社會高齡化程度越來越嚴重，日本政府正有計畫地推動老人回歸職場，未來日本中高齡勞動人口勢必只增不減。這類能幫助使用者省力的產品，未來將有相當可觀的市場需求。
外骨骼裝搶進日本iREX展 商品化進展快速
兩年一度的日本國際機器人展(iREX)向來是機器人產業的盛事，但這次iREX展上除了各種機器手臂之外，展出外骨骼裝的新創業者也不少，且值得注意的是，許多開發外骨骼裝的業者都跟大專院校有一定程度的關聯性，顯示生醫與機械、電子產業結合，將是一大趨勢。另一方面，由於外骨骼裝並非醫療器材，而是產業用設備，因此這些產品開發完成後，很快就能量產上市，不像醫療輔具需要通過嚴格的醫材審核規範。
在本次iREX展中，由東京理科大學教授小林宏創立的INNOPHYS，就展出了由壓縮空氣驅動的Muscle Suit外骨骼裝(圖1)。目前這類可以讓穿戴者在搬運重物時節省力氣的外骨骼裝，多半是以McKibben氣動人工肌肉作為核心技術。這種人造肌肉在放鬆時是長條狀的管狀橡膠，但只要對其充氣，人造肌肉就會收縮並產生力量。若將這類人造肌肉搭配適當的人體工學設計，配置在正確的位置上，就能幫助穿戴者節省搬運重物時需要出的力氣。
圖1 INNOPHYS推出的Muscle Suit，採用手動打氣的方式為人工肌肉提供動力來源。
氣動人工肌肉並非近年才出現的發明，早在1950年代就已經被發明出來，並運用在義肢上，1980年代時，輪胎大廠普利司通(Bridgestone)將改良並商品化，而成為目前許多軟性機械跟外骨骼裝所使用的致動單元。但也因為這種人工肌肉是以壓縮空氣作為動力源，因此大多數採用這類人工肌肉的設備，都必須搭配空壓機使用。
INNOPHYS的設計之所以特別，在於其壓縮空氣並非由空壓機產生，而是靠內建的手動唧筒來壓縮空氣。使用者穿上Muscle Suit之後，需要按壓唧筒約40次，Muscle Suit才會產生效果。雖然不像內建空壓機的外骨骼裝那麼方便，但相對的重量也輕了許多，整套外骨骼裝的重量僅3.8公斤，且據業者宣稱，按壓唧筒40多次所產生的壓縮空氣量，在一般狀態下就足以使用一整天，而且使用者隨時都可以幫外骨骼裝打氣，延長設備的使用時間。此外，因為整套設備完全都是機械結構組成，因此防水防塵等級可達IP56，遇到下雨、下雪或有水花噴濺的作業場所也沒有問題。
沒有電池跟空壓機的設計，也讓Muscle Suit的價格得以壓低到14萬日圓(接近新台幣四萬元)以下，讓外骨骼裝變成一般家庭也能負擔得起的設備。INNOPHYS認為這點非常關鍵，因為在日本成為超高齡化社會之後，有許多行動不便的老人需要長期照護，但視每個老人家的狀況不同，有時看護是非常需要體力的工作。此外，在很多情況下，不是年輕力壯的人來照顧長者，而是也已經有點年紀的中壯年者在擔任看護工作。因此，產品價格必須要壓低到一般消費者也能負擔得起的水準。
不過，除了基於人工肌肉之外，也有基於馬達驅動的外骨骼裝。例如豐田集團旗下的JTEKT，就在iREX展上展示了內建電池的電動外骨骼套裝J-PAS Lumbus(圖2)，不含電池的本體重量約4公斤，電池續航力則為4小時以上。
圖2 由豐田集團旗下JTEKT推出的J-PAS Lumbus電動外骨骼裝。
據筆者實際穿戴後搬運重物的感受，穿上J-PAS Lumbus之後，要搬起20公斤的物體幾乎是不費吹灰之力，因為在舉起重物的瞬間，外骨骼裝會產生一股向上的拉力，幫助使用者從蹲姿轉為站姿。但也因為J-PAS Lumbus是由電池跟馬達驅動，因此其輸出力量會比採用人工肌肉的外骨骼裝來得小，約為30牛頓，防水防塵等級也僅達到IP55，略遜於採用人工肌肉的類似產品。
除了已經商品化的外骨骼裝之外，在本次iREX展中，由日本中央大學理工學部教授中村太郎等人所創立的新創公司Solaris，亦展示了改良型的氣動人工肌肉裝置，為各種工程應用及高強度外骨骼裝的發展打下基礎。
相較於現有的McKibben型人工肌肉，該公司的人工肌肉外加了與軸方向水平的纖維來進行結構強化，使其人工肌肉能夠承受更大的力量，並且變得更耐用。據Solaris提出的測試數據，其軸方向纖維強化型人工肌肉(圖3)能承受的力量可達2,100牛頓(N)，且使用壽命可達80萬次循環。這使得這類人工肌肉不僅可以用在外骨骼裝，還可以應用在管道檢查或地底探測用的蚯蚓型機器人、固體或高黏性流體的運輸，例如工程現場的砂石運輸管等場景。
圖3 由日本中央大學理工學部所研發的改良型人工肌肉，上為舒張狀態，下為收縮狀態。
Solaris也已經利用這款改良型的人工肌肉開發出可以提供更大輔助力量的外骨骼裝原型，主要是針對下肢運動提供輔助，不過，因為其輸出力量更大，因此不像INNOPHYS的外骨骼裝可以手動充氣，必須要用外接空壓機來提供壓縮空氣，預定的使用場景也將以工業或工程作業現場為主。至於在毋須外部動力源的外骨骼裝方面，Solaris目前已開發的產品是針對上肢運動所設計，主要鎖定的是農業應用。
雖然外骨骼裝有許多跟殘障輔具類似的地方，也跟人體有非常緊密的接觸，但因為其主要功能是幫使用者節省力氣，因此不被認定為醫療器材。這讓外骨骼裝製造商可以免去冗長的醫材認證程序，依據使用者的回饋，不斷推出更切合實際應用需求，且價格更低廉的新產品。另一方面，隨著日本社會高齡化程度越來越嚴重，日本政府正有計畫地推動老人回歸職場，未來日本中高齡勞動人口勢必只增不減。這類能幫助使用者省力的產品，未來將有相當可觀的市場需求。