外骨骼新方向：“勇士织衣”软式动力装置取得重大进展.docVIP

外骨骼新方向：“勇士织衣”软式动力装置取得重大进展 　　现今，已有多种外骨骼动力系统问世，这些外骨骼系统受自然界生物的影响，均为硬式外壳，不过，因种种缺陷，外骨骼系统尚未真正进入实用阶段。而美国国防高级研究计划局（Defense Advance Research Projects Agency ，DARPA）认为，外骨骼系统并不只有硬式外壳这一种方向，因此便启动了名为“勇士织衣”（Warrior Web）的软式动力装置计划。该计划在2016年已经取得了重大进展，并可能改变未来十年的士兵样貌―― “勇士织衣”软式动力装置在近期取得了重大进展，很可能改变10年后的士兵样貌 　　外骨骼系统研究历程 　　及近年成果 　　在自然界中，外骨骼基本上是由甲壳素所组成，例如昆虫、节肢动物的骨骼等，而动力来源则是附着于外骨骼内部的肌肉。外骨骼可对生物本身形成支撑性，同时又因生长于外部，可发挥保护生物以及防止水分散失的双重作用，因此传统的硬式外骨骼便成为工程界最早的模仿对象。 　　历史上，第一个提出动力外骨骼的设想，是俄国发明家尼古拉斯?杨在1890年所提出的，并于1889年申请专利，该系统以压缩气体背包驱动腿部的外骨骼。而美国发明家莱斯利?凯利则于1919年提出以蒸汽驱动钢丝的软式动力装置。尽管他们的发明并未实用化，但其提出的以机械能来辅助肌肉动力的概念影响着后人。 动力外骨骼的概念最早在1890年由俄国发明家尼古拉斯?杨提出，并申请了专利。该系统以压缩气体背包驱动腿部 　　世界公认的第一套动力外骨骼系统，则是1965年通用电力公司所开发的Hardiman，这套动力外骨骼系统可以轻松举起110kg的物体。尽管取得了初步的成功，但Hardiman本身却重达680kg，简直是个庞然大物，因此，Hardiman的设计存在很大缺陷。在此之后，外骨骼系统的发展却如雨后春笋，不论是工程界、军方、医疗甚至是科幻作品中，都可以见到外骨骼系统发展及研究性应用的身影。 　　美国国防部从1960年开始便对动力外骨骼系统产生浓厚的兴趣，国防高级研究计划局则提出了增强人体外骨骼计划，在该计划之下进行了大量研究。本文在此主要展示近几年的典型研究成果。 　　近7年来，美国共有几项令人瞩目的动力外骨骼系统问世，分别是雷神公司的XOS-2、洛克希德?马丁公司的HULC以及特战司令部与国防高级研究计划局合作的TALOS。 1919年美国发明家莱斯利?凯利提出了以钢丝牵动腿部的概念，在概念上与“勇士织衣”系统相仿 　　雷神公司在2010年所推出的XOS-2外骨骼系统，能使使用者单手举起90.7kg的哑铃数百次而不感到疲累，甚至能一拳击破数片松木板，同时也能自然地随着人体做出拳、伏地挺身、下拉等动作，且反应十分敏捷。尽管在整体外观上看起来像是当年Hardiman的缩小版，但其敏捷性已经有长足进步。 　　不过，XOS-2外骨骼系统在每个关节点上都必须设置电动机，能耗较大，必须由外部电源供电，且本身质量高达95kg。因此，XOS-2外骨骼系统只能用于工程或补给，例如为战机挂载导弹，或抢险救援中搬起重物等。 全世界第一具动力外骨骼是通用电力公司在1965年开发的Hardiman，尽管取得了初步的成功，但它的缺陷也很明显，其重达680kg。图为Hardiman构想图和模型 　　而洛克希德?马丁公司与柏克莱生化机械公司在2009年合作推出的人体通用携带器（Human Universal Load Carrier，HULC）则是结构上更为简单的外骨骼系统，其去掉了上肢的动力输出，将动力输出全部放在腿部。HULC可以承载重达90.7kg的物体，并能在不妨碍使用者上半身动作的情况下，做出各式各样的战术动作，包括匍匐前进和跪姿射击等。 雷神公司在2010年推出的XOS-2动力外骨骼能够让使用者轻易地取起重物，甚至灵活地配合使用者的动作，但其高耗电的特性却使得它无法进入实用 　　尽管美国陆军对HULC进行了大量测试，但最终仍未将HULC投入实战测评或小批量采用。据分析，主要问题是HULC的供电无法解决，尽管其电池续航能力可高达72小时，但仅能保证在水平地形上以4km/h的速度行走20km;若以16km/h的速度冲刺或爬坡则会进一步减少续航能力，若要行走更长的距离则需要携带额外的电池。 　　特战司令部与国防高级研究计划局合作的战术突击轻型作战服计划（Tactical Assault Light Operator Suit Project，TALOS）在穿戴时能智能分配重量，可减轻负重对身体的影响。另外，对TALOS的进一步要求是，希望其将现有防弹部分提供的18%防护面积提升到60%，对士兵的防护效能提升到全新的层次，正如古代的重甲骑士一般，持有常规兵器的敌人将难以对它造成