人體外骨骼系統(tǒng)來了，擁有“鋼鐵俠”盔甲不再是夢(mèng)

還記得《鋼鐵俠3》中，小羅伯特·唐尼飾演的主人公托尼·斯塔克在空中引爆的36套鋼鐵鎧甲嗎？

當(dāng)時(shí)，也就是《復(fù)仇者聯(lián)盟》中的紐約戰(zhàn)役后，鋼鐵俠的生活遭到強(qiáng)敵嚴(yán)重破壞，在無路可退的情況下，托尼·斯塔克依靠設(shè)計(jì)精良的高科技裝備——鋼鐵鎧甲，最終戰(zhàn)勝了強(qiáng)敵。

現(xiàn)在，這樣高科技的鋼鐵鎧甲不再只是電影中的想象，只是現(xiàn)實(shí)中它的名字變了，科研人員稱其為人體外骨骼。

目前，人體外骨骼的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，從戰(zhàn)場到工廠，再到整形外科和物理康復(fù)，都有它的身影。

最新一期的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》中就介紹了人體外骨骼的最新進(jìn)展。人體外骨骼是將人造骨頭和肌肉穿戴在人體外面，起到輔助和保護(hù)的作用。

看了上圖是不是覺得人體外骨骼根本沒有必要，長期負(fù)重還會(huì)對(duì)人體造成傷害？實(shí)際情況卻恰恰相反。

《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》指出，士兵身體81%的部分沒有得到防彈衣和頭盔的保護(hù)，而目前一個(gè)美國軍人的裝備負(fù)重是50kg，這幾乎超過美國陸軍科學(xué)委員會(huì)規(guī)定負(fù)重的2倍。有了人體外骨骼后，則能幫助士兵減輕負(fù)重，同時(shí)還能起到保護(hù)作用。現(xiàn)在這樣的裝備無論是在戰(zhàn)場上還是戰(zhàn)場外的使用都在增加。

最先進(jìn)的人體外骨骼裝備是由美國佛蒙特州一家叫修訂軍事（Revision Military）公司生產(chǎn)的裝備。該款裝備的全名為人動(dòng)操控服（KOS ：Kinetic Operations Suit ）。對(duì)于一個(gè)士兵來說，這套操控服給了他三倍的保護(hù)，卻只給他的運(yùn)動(dòng)增加了一點(diǎn)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。

人造脊椎將頭盔的重量分散到肩膀上的鎧甲上。鎧甲的重量保護(hù)了士兵的軀干，即通過其他人造脊椎將重量轉(zhuǎn)移到臀部和腿部。這樣一來就減輕了他頸部和背部的所有重量，頸部和背部是人類骨骼中最薄弱的環(huán)節(jié)。但士兵的腿部還是需要承受額外的重量。為了解決這個(gè)問題，KOS使用鈦鋁裝置，同時(shí)加上鎧甲來降低下肢。電動(dòng)馬達(dá)通過服裝用的線連入加速器和嵌在服裝里的傳感器上，這樣一來士兵在移動(dòng)腿部時(shí)就能移動(dòng)這些軸承。

根據(jù)曾在修訂軍事公司工作的前特種部隊(duì)士兵布萊恩·道林的采訪，該系統(tǒng)既靈活又強(qiáng)大到足以幫助佩戴者滿載跨越崎嶇地形。目前，包括美國在內(nèi)的一些國家軍隊(duì)正在評(píng)估這個(gè)系統(tǒng)。

《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》中還介紹了另外一套目標(biāo)更加野心勃勃的軍用外骨骼系統(tǒng)，這套系統(tǒng)由特種部隊(duì)自行開發(fā)。該項(xiàng)目的承包商中有美國國防建設(shè)行業(yè)中最響亮的名字，例如通用動(dòng)力，洛克希德馬丁公司和雷神公司。有趣的是，這其中還包括了設(shè)計(jì)科幻電影《鋼鐵俠》中鎧甲的好萊塢特效公司 Legacy Effects。這些公司拿出了被稱為戰(zhàn)術(shù)突擊燈操作服的裝備（Tactical Assault Light Operator Suit，簡稱TALOS），這套裝備的簡稱是古希臘神話中一個(gè)神秘動(dòng)物的名稱。

TALOS的重量將穿戴者的2倍，這樣的重量能防彈。同時(shí)，這套衣服還提供了冷卻系統(tǒng)；一組監(jiān)控穿戴者生理狀況的傳感器和超人般的力量。根據(jù)特種作戰(zhàn)司令部負(fù)責(zé)人General Joseph Votel的話，這套裝備的結(jié)果將具備“舉世無雙的戰(zhàn)術(shù)能力”。

《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》稱，TALOS的原型應(yīng)用可能得等到2018年，它的戰(zhàn)爭版至少還有十年之遙。即使是修訂軍事公司制造的稍微溫和的系統(tǒng)要適應(yīng)戰(zhàn)爭也得等好幾年。在此期間，世界其他各國軍隊(duì)都在尋找無動(dòng)力的人體外骨骼系統(tǒng)。

澳大利亞國防部設(shè)計(jì)的被動(dòng)式可穿戴外骨骼

例如澳大利亞國防部設(shè)計(jì)的被動(dòng)式可穿戴外骨骼，能將士兵負(fù)重的2/3直接轉(zhuǎn)移至地面。這套系統(tǒng)重量不到3千克，配有兩條簡易鮑登線（即能夠在獨(dú)立外殼內(nèi)移動(dòng)的鋼纜）。鮑登線通常用于提供一種拉力（如摩托車的離合器），由于這些纜線的外殼能夠起到固定作用，防止纜線發(fā)生卷曲，使其還能提供一種推力（如艦船的轉(zhuǎn)向控制）。正是借助這一特性，被動(dòng)式可穿戴外骨骼才能將負(fù)重從背包轉(zhuǎn)移至地面。另外，這些纜線是柔性的，能夠隨穿戴者彎曲，不會(huì)妨礙穿戴者的動(dòng)作范圍。而且，如果不需要這些纜線，可以簡單拆卸并放入背包攜行。

另外，美國歷史上最為知名的一家軍工企業(yè)——洛克希德馬丁公司則已經(jīng)向外界展示了自己的FORTIS 軍/民兩用外骨骼。這款外骨骼的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)就是能夠適配穿著者的身高和體型，幫助穿著者搬起重達(dá) 16 公斤的物品，而不需要穿著者自身花費(fèi)太多力氣，因?yàn)橥夤趋揽梢宰詣?dòng)追蹤穿著者的動(dòng)作。

目前洛克希德馬丁公司已經(jīng)在 FORTIS 框架下開發(fā)了兩套不同的外骨骼，并且已經(jīng)拿到了美國國防部的訂單，將會(huì)在佛吉尼亞州和華盛頓州兩個(gè)美國海軍造船廠開展測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

隱形椅子

汽車制造商業(yè)也在加入這個(gè)行業(yè)。今年早些時(shí)候，奧迪和戴姆勒公司就與瑞士的Noonee合作，開發(fā)一款名叫“隱形椅子”的產(chǎn)品。這項(xiàng)產(chǎn)品主打舒適服貼，由鋁和碳纖維材料所制作，重量只有2公斤，當(dāng)使用者需要椅子的時(shí)候，只要將雙膝彎曲，做出“坐椅子”的姿勢(shì)就會(huì)啟動(dòng)設(shè)備，蹲到某個(gè)角度就能自動(dòng)鎖定支架，“空氣椅”也就完成了。在其未被激活時(shí)，你可以正常走路，甚至跑動(dòng)。而按下按鈕后，它可以迅速鎖定你指定的位置，然后讓你坐下，如同那里有一把椅子一樣。

最后，除了公司在研究人體外骨骼系統(tǒng)外，一些大學(xué)也有自己的研究，包括加拿大多倫多的里爾遜大學(xué)和著名的卡內(nèi)基梅隆大學(xué)。其中卡內(nèi)基梅隆大學(xué)設(shè)計(jì)的“協(xié)助行走離合器”（Walking Assist Clutch）可模仿人類控制腿的方式，讓人保持平衡。

他們通過研究人類的反射行為和其他神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出該平衡控制策略，并且在仿真實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明該策略能讓人在不平坦的地面步態(tài)平穩(wěn)，即使傾斜或遇到推力也能很快從中恢復(fù)平衡。

最后，《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》指出，人體外骨骼的未來研發(fā)很有可能不在動(dòng)力版本的系統(tǒng)上，而在于市場應(yīng)用前景廣闊的醫(yī)療輔助領(lǐng)域和生活中。以歐盟為例，目前正在跨國開發(fā)一個(gè)名為機(jī)器人伴侶（Robo-Mate）的項(xiàng)目，資金達(dá)到1500萬歐元。該項(xiàng)目是包括上下兩個(gè)外骨骼動(dòng)力系統(tǒng)，能減少90%的負(fù)重量。最早的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是菲亞特公司，第二個(gè)是法國的INDRA公司。這套系統(tǒng)希望能幫助流水線上的工人，減輕他們的工作負(fù)擔(dān)。

也不單只有機(jī)器人伴侶項(xiàng)目，從松下的Activelink公司再到意大利的機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，目前都在開發(fā)體外骨骼系統(tǒng)，希望能幫助工人減輕工作負(fù)擔(dān)。

ReWalk

當(dāng)然，人體外骨骼系統(tǒng)能帶來最大改變的可能是那些截癱的人?，F(xiàn)在無論是以色列公司生產(chǎn)的ReWalk機(jī)器人，還是克利夫蘭當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的人工骨盆運(yùn)動(dòng)器，都能附在人體外部，幫助佩戴者行走，能讓其在一個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，在電池耗盡前，幫助其爬上樓梯。

2012年以來，ReWalk機(jī)器人已經(jīng)在歐洲上市，美國的上市時(shí)間是2014年。美國的派克漢尼汾公司的產(chǎn)品在今年11月份已經(jīng)批準(zhǔn)在歐洲上市，美國也指日可待。

外骨骼系統(tǒng)的用途非常廣泛，一些系統(tǒng)能在戰(zhàn)場上起到作用，但有時(shí)候，對(duì)于平常人來說，能幫助他們征服一節(jié)樓梯就夠了。