让士兵穿上金属外骨骼上战场 这可能是可穿戴设备的终极目标

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老虎嗅探注意:科学和技术正在逐渐使科幻电影中的一些高性能设备成为现实。无论是《钢铁侠》中的钢铁盔甲，还是《美国队长2》中的金属机械手臂，这些增强人类战斗力并给人以特殊效果的技术正在被各国军队，尤其是美国军队在战场上测试和使用。借助可穿戴的时尚概念，这样的例子将永远吸引媒体的注意。英国《经济学家》(Economist)在今年1月写道，“用人造肌肉构建另一套外部骨骼是可能的，这样穿戴者就可以轻松携带更重的装备。”包括佛蒙特州改装军事公司生产的“动力作战服”和“战术突击轻型作战服”。后者是由特种部队开发的。承包商包括许多美国最著名的国防公司，如通用动力公司、洛克希德·马丁公司和雷声公司。这些设备还可以帮助残疾人重新站起来...

本文将讨论人工外骨骼和肌肉如何帮助人们，尤其是士兵，获得超出人体的能力，无论是负重能力还是敏捷能力。原文载于《经济学人》，由《经济学人》翻译。

当士兵们全副武装，期待着战场的第一次体验时，他们总是会想到他们身上有多少地方没有被防弹背心和头盔覆盖。事实上，这个面积大约是81%。增加更多装甲太重，不可行。事实上，许多士兵携带了至少50公斤的装备和补给，这是美国陆军科学委员会推荐的上限的两倍多。这个限制是为了避免损伤士兵的骨骼和肌肉。

许多人建议，解决办法是用人造肌肉构建另一套外部骨骼，这样穿戴者就可以轻松携带更重的装备。这种外骨骼不再是科幻小说的素材，人们对在战场内外使用它们越来越感兴趣。

最先进的产品之一是由佛蒙特州修正军事公司制造的“动力作战服”。这个产品给士兵三重装甲保护，不会给他们的行动增加太多负担。人造关节脊柱将头盔的大部分重量(完全覆盖佩戴者的头部)转移到肩部的盔甲上。同样，保护躯干的盔甲也通过人造脊柱的另一部分将重量转移到臀部和腿部。所有这些都减轻了颈部和下背部的压力，这是天然骨骼中最薄弱的环节。但是士兵们仍然需要在腿上承受额外的重量。为了帮助解决这个问题，科斯将钛铝合金传输装置绑在士兵的下肢上，并与盔甲一起使用。在接收到内置传感器(如加速度计)的指令后，电动机驱动这些传动装置与士兵的腿同步移动。

前美国特种部队士兵布莱恩·道林(brian dowling)现在在修订军中工作，他表示，这套系统轻巧、结实，足以帮助佩戴者在崎岖不平的地形上用双臂奔跑。包括美国在内的许多国家的军方都在评估这种宣传。

特种部队正在开发另一种比科斯更有野心的军用外骨骼。该项目的承包商包括许多美国最著名的国防公司，如通用动力公司、洛克希德·马丁公司和雷声公司。有趣的是，它还包括好莱坞特效公司的遗产特效，该公司为科幻电影《钢铁侠》系列设计了引人注目的外骨骼。这些公司共同构思的产品被称为“战术突击轻型操作员服”，构思精巧，其缩写talos是古希腊神话青铜巨人talos的名字。

塔罗斯的体重是穿它的士兵的两倍。虽然零件很重，但它们能使整个设备抵御子弹和弹片。它还为穿戴者提供了一个冷却系统，一套监测他们生理指标的传感器，以及超人的力量。根据美国特种作战司令部司令约瑟夫·沃特尔将军的说法，结果将是“无与伦比的战术能力”。

当然，前提是它应该是有效的，这是不确定的。首先，talos的执行器需要更加灵活。复制人体最灵活的肩关节运动仍然非常困难。此外，该设备功耗大，便携式电池远远不够。通常被认为是军工集团成员的通用原子公司提出设计一种小型内燃机来驱动整个设备。然而，这些引擎噪音大，容易暴露目标。此外，很容易理解士兵们不愿意带着一箱汽油去战场。

无动力装置

talos的原型应该会在2018年前推出，但是这个版本至少需要十年才能投入使用。即使是更简单的改装军事装备也可能在几年内不能用于战斗。然而，与此同时，各国军队正在研究无动力外骨骼的概念。

例如，澳大利亚国防部设计的外骨骼可以将保护躯干的背包或盔甲的大部分重量直接转移到穿着者的靴子上。两根钢缆直接将背包或盔甲与靴子的鞋底连接起来。柔性管缠绕在钢缆上，并通过裤子上的线圈固定。正是这些钢缆承载着负载。缠绕软管可以防止电缆弯曲，使其在承受重负荷的同时保持足够的灵活性，使佩戴者可以自由行走或奔跑。该系统仍处于原型阶段。但是由洛克希德·马丁公司和英国国防巨头bae系统公司开发的另外两种无动力外骨骼已经投入使用——用于工业生产，但不用于军事用途。

无动力外骨骼fortis的铰接铝框架支持一个通用臂

当工人用铆钉枪或其他类似的重型工具工作时，他们经常需要放下工具并摇动手臂来恢复体力。算上，将近一半的工作时间可能花在休息上。为了解决这个问题，洛克希德·马丁公司设计了一种重17.5公斤的无动力外骨骼，叫做富通。美国海军和十几家制造企业正在试验这一系统。富通的铰接铝框架支撑着一个万向臂。工人前面的万向臂的一端与他使用的工具相连。相应的配重连接到工人后面的另一端。无论工人是站着还是跪着，工具和配重的总重量将通过外骨骼而不是他自己的骨骼转移到地面。因此，工具本身似乎没有重量，工人不必费力地举起工具，只需引导工具进行操作。此外，由于该工具与外骨骼相连，而不是由工人手持，因此它还可以防止工具掉落并造成损坏。

国家制造科学中心的达纳埃利斯估计，由富通公司和英国宇航系统公司开发的一种竞争性产品--矫正负载辅助装置，可以将生产率提高约50%。该中心总部位于美国密歇根州安阿伯，正在帮助制造商和美国国防部采用这种技术。洛克希德·马丁公司外骨骼项目的负责人特里斯·艾克说，在美国的海军造船厂，工人们使用富通系统来操作这个工厂，两个人的工作量超过了前三个人。她补充说，下班后，工人们不再像以前那样累了，“一回到家就瘫在沙发上。”

汽车制造商也很感兴趣。今年早些时候，奥迪、戴姆勒和其他三家不愿具名的汽车制造商开始测试一种由瑞士公司noonee制造的名为“隐形椅子”的设备。这是一套钛合金外骨骼，工人的臀部、腿部和腿部有垫子。只需按下按钮，内部液压装置就能锁定其配置，并让佩戴者保持坐姿。如果他试图站起来，设备将自动解锁。该装置的重量小于4千克，佩戴者在站立或行走时不会受到严重的不便。只有按下按钮，工人才能舒适地蹲在半成品框架中进行加工。奥迪负责测试这种产品的Tanja schembera-kneifel说，隐形椅子可以帮助工人减少肌肉骨骼紧张，从而减少旷工。奥迪计划广泛使用这种设备。

其他本地外骨骼产品也在开发中。其中一个是由多伦多瑞尔森大学的穆罕默德·阿布多利·埃拉马基设计的“个人助举装置”，该装置也正在接受汽车制造商的测试。本发明由一组沿脊柱分布的铠装弹簧组成。当穿戴者弯腰抓住并举起物体时，弹簧会伸展，减少身体对抗重力所需的力量。当你想站起来时，弹簧会收缩，这有助于拉起躯干，并减少15%以上站直所需的肌肉力量。

另一种本地外骨骼是助行离合器，今年早些时候在匹兹堡公布，由卡内基梅隆大学的研究人员开发。该产品戴在脚踝和小腿上，当一只脚悬在空.时，使用弹性短绳来减少一只脚肌肉拉动跟腱所需的力度短绳在伸展时储存能量，然后释放能量抬起脚跟，帮助脚离开地面。发明者史蒂文·柯林斯说，“步行护腿”可以节省大约7%的步行时间。对于步兵和其他人来说，这将是一个有价值的提升。

快走

但最终，外骨骼的未来可能取决于动态版本的发展。例如，欧盟正投资1500万欧元(1700万美元)在一个跨国项目上，开发一个名为“机器人伴侣”的系统。该产品是一种外骨骼，配有上臂和前臂电机，可将物体的感知重量减轻90%。审判始于2016年。另一家汽车制造商菲亚特(其董事长约翰·埃尔肯是《经济学人》母公司董事会成员)是参与实验的制造商之一。还有indra，一家专门从事汽车拆解和回收的法国公司，其业务是劳动密集型的。

机器伙伴不是唯一的一个。正在开发的设备还包括日本松下子公司activelink的“动力装载机”、另一家日本公司cyberdyne开发的“混合辅助肢体”(hal)和意大利比萨superiore sant 'anna的机器人实验室percro开发的“身体伸展器”。这些设备的功能不仅可以帮助工人更安全有效地工作。卡门·康斯坦丁内斯库(Carmen constantinescu)在德国弗劳恩霍夫研究所斯图加特校区负责机器人伴侣R&D项目，她观察到，这些产品也将重新定义合格工人的资格。外骨骼仪器消除了男性的身体优势，给女性机会去做她们现在觉得费力的工作。他们也帮助那些不得不放弃工作的老人。

然而，截瘫患者可能是那些因为动态外骨骼而生活变化最大的人。由以色列公司“rewalk Robotics”和美国俄亥俄州克利夫兰市的帕克·汉尼芬公司生产的设备都包含一个人造骨盆，该骨盆驱动固定在腿上的两个电动假肢。两只前臂都连接着一对拐杖，整个设备可以让佩戴者在电池耗尽之前一次行走几个小时。他们甚至可以用这个装置爬楼梯。

rewalk生产的设备自2012年开始在欧洲上市，并于2014年进入美国市场。帕克·汉尼芬的产品去年11月获准在欧洲使用，在美国的批准指日可待。在未来，外骨骼将以多种形式出现，其中一些可以帮助人们在战场上赢得战斗，但有时它足以帮助人们征服一段楼梯。