让你无坚不摧的机械外骨骼

在漫画中，铁人是披挂铁甲，力大无穷的超级英雄。建造无坚不摧、刀枪不入的铁甲士兵也是五角大楼的梦想。在军队资助下，美国犹他州一所秘密实验室里，一位天才工程师正在悄悄制造他的铁人。这个“铁人”其实是一件机械外衣，简称XOS，是迄今最先进的机械外骨骼，穿上它后，任何人都能轻松举起200磅重物，仿佛拿起一根筷子，连续举重500下，却丝毫不感觉疲劳。或许，不久的将来XOS将在战场上大派用场，让五角大楼梦想的铁甲超级士兵变成现实。

机械外骨骼，又名“外骨骼装甲”或“外骨骼机甲”，其结构类似昆虫的外骨骼那样，能穿在人身上，给人提供保护、额外的动力或能力，增强人体机能，如使腿残疾的人能自己上楼，让士兵能健步如飞、无障碍奔跑且不会疲劳、不会受伤.可以使用二段跳，机架上面的手套具有粘性，可以吸附金属等等。电影《钢铁侠》中的钢铁衣就是机械外骨骼的典范，《异形》、《黑客帝国》、《机械战警》中也出现过机械外骨骼。

2000年，萨科斯申请Darpa投资。雅各布森认为他找到了Darpa悬赏解决问题的答案。这个问题是如何让操作者与机器人互动。为证实自己的直觉，雅各布森请公司摄影师乔恩·普莱斯和他的女儿一起帮他做个实验。

这个实验让普莱斯扮演外骨骼，他的女儿扮演内部操作者。她背对父亲，站到他脚上，她的脚趾压在他的脚趾上。他们握着手帮助平衡。她开始朝前行走。普莱斯的任务就是和女儿保持同步，让自己的脚始终保持在她脚下。几分钟后，他们的行动宛如一人。他女儿完全掌握决策———走多快，什么时候转弯———普莱斯只是一步一步地努力模仿她。

该演示向雅各布森证明，只需要几个接触点———比如脚和手———一台聪明的机器就能明白绑在它身上的操作者的动作意图，并配合行动。理论虽然简单，实践却相当困难。在完成XOS的过程中，雅各布森和他的小组重新设计了微型传动装置，改进了压力感应器，发明了更高效的液压阀门，甚至设计了机器人的铝脚板。但是，被设计者叫做“扫清道路”的控制系统才是把所有零件整合一体的关键，是把他设计的又一个机器人提升到“超人外衣”的核心。曾亲身试穿XOS的奥布瑟克完全赞同：“稍微负重，人体就很容易疲劳。”但是，XOS的控制系统让人体负担减轻到接近零。

国内有学者研究认为，人类使用的外骨骼助力机器人可用在三大方面，即军事、民用、医疗。可以说助力机器的本质就是将人类本身的力量和动作速度放大几倍甚至上千倍。外骨骼机器人技术是这个本质的直接体现，结合现在的研究进展和人类的生存需要，我们可以展望将来的技术发展要达到助力设备就像我们人类穿戴的衣服一样不仅不会对人了本身的动作构成阻碍，还能根据人的大脑意识将人的目标动作（力量及速度）放大到需要的目标值。未来的外骨骼助力装置能应用在包括军事、矿产、工业、医疗等等很多方面，由于未来需要人体的机能不断提升，甚至要远远超越自身极限，外骨骼助力设备会显得格外重要，最终成为必不可少的产品[7]。随着社会现代化、工业化进程的进一步深入，机械外骨骼的应用将会涉及到人类生活生产的各个方面，可以预见，机械外骨骼的前景是非常广大的。尽管目前已经出现了多种外骨骼机器人, 但离转化为战斗力有一段距离。譬如, 外骨骼机械系统设计和自由度等都要求与人体的结构和由度相匹配, 研发轻便、高效的自给能源装置, 等等。随着能源、材料和控制技的不断进步, 外骨骼机器人在单兵武器装备等军事应用中大有潜力可挖。

机械骨骼技术具有很宽广的应用前景，但是到目前为止该项技术尚处在研发阶段，成果只是取得初步进展，尚未形成可以切实应用的大规模产业。但在不久的未来，机械外骨骼一定会以各种形式给我们的生活带来巨大的改变。（编辑：惜惜xixi）

（作者：科普中国责任编辑：天极科普君）

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