可穿戴的機(jī)械衣

導(dǎo)語：不管是打造更快更強(qiáng)的戰(zhàn)士，還是實(shí)現(xiàn)殘疾人站立行走的夢(mèng)想，機(jī)械外骨骼都是未來世界的福音。

如果你是電影或漫畫《鋼鐵俠》的粉絲，相信你會(huì)對(duì)主人公斯塔克那套攻擊和防御能力強(qiáng)大，還能飛入外太空的鎧甲充滿向往。不少人必然還會(huì)邊看邊想：“要是我有這么一套盔甲該多帥氣！”而或許這一切將不會(huì)是虛構(gòu)的故事，因?yàn)橐恍┟绹?guó)和日本的公司已經(jīng)研制出可以像盔甲一樣可以穿戴在人身上、通過傳感器進(jìn)行控制，在軍事上可以幫助士兵提高作戰(zhàn)能力，在民用方面則能實(shí)現(xiàn)殘疾人自如行走的夢(mèng)想的外骨骼裝置。

美國(guó)希望量產(chǎn)“鋼鐵俠”

早在漫畫版本《鋼鐵俠》誕生前兩年的1961年，五角大樓就已經(jīng)采納研制現(xiàn)實(shí)版的機(jī)械盔甲的建議了，當(dāng)時(shí)的目標(biāo)就是為了讓士兵能夠移動(dòng)得更快，能輕松抬起重物，并且可以抵抗細(xì)菌戰(zhàn)、毒氣戰(zhàn)與核輻射。到20世紀(jì)60年代中期，美國(guó)康奈爾大學(xué)的工程師尼爾·米茲就開發(fā)了一副重量為15.8公斤的可穿戴式框架外骨骼，被稱為“超人服”。

而同時(shí)，通用電氣公司也開發(fā)出了一個(gè)高5.5米的裝置，使用者可以在里面進(jìn)行操控——就類似于電影中的機(jī)械戰(zhàn)警。在20世紀(jì)80年代，美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了一種叫做“皮特曼西裝”的全身穿戴的機(jī)械外骨骼，準(zhǔn)備提供給美國(guó)陸軍步兵使用，只不過它停留在了圖紙上。到了20世紀(jì)90年代，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室制作出了一套類似的“西服”，但是卻并未真正地投入到使用中去。

直到2000年以后，機(jī)械外套的開發(fā)才有了真正的突破。美國(guó)Sarcos公司率先開發(fā)出了一個(gè)通過傳感器檢測(cè)肌肉收縮并且模擬人體肌肉和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的裝置，稱其為XOS。2005年，該公司被美國(guó)雷神公司Raytheon收購(gòu)，雷神于是在2007推出了一款名為Sarcos XOS的外骨骼裝置，又在2010年推出了名為Sarcos XOS2的升級(jí)版。在其發(fā)布的廣告中，還很應(yīng)景地找來了《鋼鐵俠》電影中飾演神盾特工的克拉克·格雷格來做旁白。

該裝備更為輕便靈動(dòng)，一旦穿上就可以輕松舉起重達(dá)91公斤的物體，單手劈開厚達(dá)5厘米的木板，奔跑時(shí)速16公里，做幾百個(gè)俯臥撐也是小菜一碟。雷神公司表示這種裝備是為美國(guó)陸軍量身打造，士兵們穿戴上之后仍然可以自由運(yùn)動(dòng)，能完成蹲起和踢球等動(dòng)作，而且新一代產(chǎn)品更加輕便靈動(dòng)，抗打擊能力強(qiáng)，可以更好地適應(yīng)外界環(huán)境的變化，噪音跟辦公室打印機(jī)差不多，并且比第一代省電達(dá)50%。

同時(shí)，機(jī)械外骨骼的電池目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)達(dá)20小時(shí)的續(xù)航時(shí)間，而為機(jī)械外骨骼配備的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和能夠監(jiān)測(cè)使用者的心跳和呼吸平率的裝置也正在研發(fā)之中。

總的來說，這些概念產(chǎn)品雖然看起來新鮮又有趣，但在實(shí)際操作中卻不那么好用，最大的缺陷就是不靈活，太笨重。多年來困擾著設(shè)計(jì)者們的一個(gè)問題就是傳感器反應(yīng)太慢，不能迅速而順利地完成機(jī)械外套穿戴者發(fā)出的指令和動(dòng)作。而且至今沒有一套裝置可以達(dá)到便攜，供給系統(tǒng)能量的電池總是太過笨重。

雖然至今還沒有任何裝置可以完全像人體一樣工作，但是打造新一代鋼鐵戰(zhàn)士的“戰(zhàn)衣”的開發(fā)依然進(jìn)行得如火如荼。而且有趣的是，盡管研發(fā)的最初目的是作為軍事用途，但現(xiàn)在民用機(jī)械外骨骼研發(fā)使用卻走在了前面。

從軍用到民用

日本筑波大學(xué)Cybernics實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家研制出了世界上第一種機(jī)械腿。它完全由使用者通過控制器來控制，HAL由背包、內(nèi)置計(jì)算機(jī)、電池、感應(yīng)控制設(shè)備、4個(gè)電傳裝置（分布在髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)兩側(cè)）組成。這種幫助人行走的外骨骼動(dòng)力輔助系統(tǒng)配置了多種傳感器，如角辨向器、肌電傳感器、地面?zhèn)鞲衅鞯龋袆?dòng)力驅(qū)動(dòng)、測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)力供應(yīng)設(shè)備都裝在背包中由使用者佩戴，外骨骼裝在腿上，電池則掛在腰部。該裝置還可以自動(dòng)調(diào)整人的姿態(tài)，盡量讓使用者感到舒適。

同時(shí)，神奈川理工學(xué)院研制的“動(dòng)力輔助服”還可以使人的力量增加0.5—1倍，這種裝置最初是為護(hù)士研制，方便她們照顧那些體重較大或無法行走的病人。而在美國(guó)，一家名為Ekso公司也面向市場(chǎng)推出了一款與HAL原理類似的機(jī)械外骨骼。

42歲的阿曼達(dá)·博克斯特爾是Ekso公司產(chǎn)品的一名使用者，18年前因?yàn)榛┲邪l(fā)生意外導(dǎo)致脊柱受損而癱瘓。所有醫(yī)生都告訴她：“你永遠(yuǎn)無法再行走了。”但是在機(jī)械外骨骼的幫助下，她又可以站立行走了。“我?guī)缀跻呀?jīng)忘記自己有多高，也忘記了可以平視他人的感覺是多么好。”在初次使用這一裝備時(shí)，她經(jīng)過了總共12個(gè)小時(shí)的適應(yīng)性訓(xùn)練，終于能夠順利地行走。現(xiàn)在，她還成為了Esko的品牌推廣大使，向癱瘓者們推廣和展示這一產(chǎn)品的使用方法，對(duì)于她來說這一方面是對(duì)這一產(chǎn)品的感謝，另一方面也出于她迫不及待想要嘗試她的新腿的心情。

Ekso由加州大學(xué)伯克利分校的幾名工程師創(chuàng)立于2005年，其名字正是來自于英文單詞 “exoskeleton”（外骨骼）。這家公司最初的資金來源是美國(guó)國(guó)防部，而后又與加利福尼亞大學(xué)伯克利分校和軍事承包商洛克希德馬丁合作，已經(jīng)開發(fā)了一種名叫Hulc的裝置，通過穿戴這一裝置，士兵可以負(fù)載沉重的裝備穿越復(fù)雜地形。Ekso還與美國(guó)各地的康復(fù)中心合作，將其設(shè)計(jì)出的仿生學(xué)套裝運(yùn)用于癱瘓病人的站立和行走。

Ekso的裝備重約23公斤，由碳素纖維和鋼材料制成，電池續(xù)航時(shí)間為3小時(shí)，使用者穿戴好之后還需要配合兩根拐杖，通過握在使用者手中的手柄上的按鍵控制行動(dòng)。Ekso公司還特別指出，這一裝置能保證使用者不會(huì)摔倒。據(jù)他們統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)有數(shù)百名患者使用過這種套裝行走，還從沒有人摔倒過。

只是殘疾人想現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)輕松自如地上下樓梯，出門上班或是下廚準(zhǔn)備晚飯還是個(gè)不可能完成的任務(wù)，他們甚至還不能獨(dú)立使用這種套裝，需要物理治療師從旁協(xié)助和更換電池。另外，機(jī)械外骨骼的重量決定了它并不是適用于每一個(gè)使用者，身體承受重量的能力比較強(qiáng)，上肢力量比較強(qiáng)的患者會(huì)更加適合使用它。

Esko公司從今年2月份開始銷售機(jī)械外骨骼，每套的價(jià)格為14萬美元。目前，這種產(chǎn)品被用于物理療法，幫助人們擺脫輪椅和使用下半身，以防止長(zhǎng)期不運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致其肌肉壞死。在美國(guó)大約有15家康復(fù)中心目前正在使用這種裝置。在世界各地的康復(fù)中心，這樣的外骨骼裝置也開始得以使用，日本的HAL機(jī)械腿可供出租或租借給日本的醫(yī)療設(shè)施，而新西蘭的雷克斯公司推出的外骨骼也可以通過他們的網(wǎng)站進(jìn)行購(gòu)買了。雖然機(jī)械外骨骼售價(jià)非常高昂，但Esko的CEO伊索爾·本德爾卻非常有信心地表示：機(jī)械外骨骼不但在將來能夠變得更加輕便小巧，可以穿到衣服里面，而且價(jià)格能夠讓更多人負(fù)擔(dān)得起，成為一種日常消費(fèi)品，甚至在附近的商店里也可以買得到。