從《美國隊長3：內(nèi)戰(zhàn)》看外骨骼“變身”

艾星雨

超級英雄大片《美國隊長3：內(nèi)戰(zhàn)》自上映以來，受到漫威迷們的熱切關(guān)注。影片中，除了超級英雄之間激烈的打斗，最吸引眼球的就是主角們身上炫酷的高科技裝備，比如鋼鐵俠的盔甲、冬兵的機械臂等。那么，在現(xiàn)實中，科研人員研制出的機械臂、“外骨骼”等新型可穿戴智能設(shè)備，是否也能幫助我們普通人變身為超級英雄呢？趕快來了解一下吧！

在電影《美國隊長3：內(nèi)戰(zhàn)》中，一共出現(xiàn)了12位超級英雄，他們有的是身體因為某種原因發(fā)生了變異而獲得超能力，如美國隊長、蜘蛛俠、冬兵、緋紅女巫等;有的則是依靠各種神奇的高科技裝備而獲得超能力，如鋼鐵俠、戰(zhàn)爭機器、蟻人、獵鷹、鷹眼、黑寡婦等，離開了這些高科技裝備，他們就是身手矯健的普通人。電影中的超級英雄人人羨慕，那么，在現(xiàn)實生活中，普通人有沒有可能同他們一樣，利用裝備變身為超級英雄呢？

化身英雄：可穿戴式智能系統(tǒng)帶來希望

現(xiàn)階段，世界上各個實驗室正在緊鑼密鼓研發(fā)的全身性可穿戴式智能系統(tǒng)，或許能給超級英雄迷們帶來希望……

為了方便攜帶與使用，我們一直在想辦法把科技裝備“穿”在身上，比如衣服（別笑，衣服是人類一項偉大的發(fā)明，它使我們在一定程度上擺脫了對自然環(huán)境的依賴）;比如眼鏡（看看你周圍，有多少人依靠這種曾是“高科技”的裝備，對這個世界進(jìn)行觀察）;再比如恨不得“長”在身上的智能手機。之前，這些穿在身上的裝備一是沒有智能，功能也不多，二是彼此獨立，沒有聯(lián)系。

現(xiàn)如今，科學(xué)家們研究的可穿戴系統(tǒng)則重點克服以上兩個缺點，不但要讓每一個部件都智能起來（像智能眼鏡、智能腕表、智能手環(huán)、智能腰帶等都已經(jīng)上市銷售），還要讓它們組合成為一個整體，實現(xiàn)1+1>2的效果，更完美地為人類服務(wù)。目前，已經(jīng)問世的機械臂、“外骨骼”等新型可穿戴智能設(shè)備，就讓我們向變身超級英雄之夢又邁進(jìn)了一步。

冬兵+獵鷹：機械臂能做得更好

有的人丟失了腿，不能正常行走;有的人丟失了手，不能自如地拿取東西;還有人全身癱瘓，什么都做不了。以前，為肢體殘疾者所做的假肢，其功能及作用較為有限，但現(xiàn)在情況已經(jīng)發(fā)生了變化，下面是最新的一個故事：

英國人詹姆斯·楊格原本是一名生物學(xué)家，22歲時意外掉下火車站臺，丟掉了一條胳膊與一條腿。2015年，一家叫“科樂美”的日本游戲公司招募一個機械臂的試驗對象，詹姆斯報名參加。他生物學(xué)家的身份吸引了主辦方的注意，于是詹姆斯成了開發(fā)人員之一，參與了機械臂的設(shè)計制作。這只機械臂以游戲《合金裝備》中的主角斯內(nèi)克的機械臂作為原型，采用碳纖維材質(zhì)制作，穿戴起來非常舒適。機械臂連接肩膀的部分有肌電傳感器，能夠感知肩膀肌肉和神經(jīng)的指令，這樣機械臂就能直接根據(jù)這些指令進(jìn)行相應(yīng)的運動。測試表明，該機械臂能夠完成撿取地上硬幣這樣精細(xì)的動作。最不可思議的是，詹姆斯的肩部竟然自帶一個無人機！該無人機配備VR全景攝像頭，可以配合VR眼鏡以第一視角的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，而控制面板就在機械臂的前臂上！

好吧，《美國隊長3：內(nèi)戰(zhàn)》中，冬兵就有這么一條威力巨大的機械臂，而獵鷹也使用過前臂上的控制面板操控偵察無人機。雖然與電影中的情節(jié)相比，詹姆斯的機械臂還有很多不足，但我們不是已經(jīng)走在路上了嗎？設(shè)計者表示，這個手臂現(xiàn)在還只是一個雛形，很多的潛力還未被發(fā)掘出來，未來他們將使用更高級的鈦種植體進(jìn)行連接，這能讓詹姆斯舉起更多重物，賜予他更多力量。雖然我們現(xiàn)在還不知道設(shè)計者們?nèi)绾纹鹾蠙C械臂與詹姆斯的天然骨骼，使機械臂舉起重物的同時不會導(dǎo)致詹姆斯受傷，但冬兵+獵鷹，在未來似乎真的能實現(xiàn)。

“外骨骼”裝備

?影片中，超級英雄們分為兩派，一派以鋼鐵俠為首，另一派以美國隊長為首

走進(jìn)生活

近年來，各國智能外骨骼裝備不斷問世，這些裝備結(jié)合了機械電子、控制、生物、傳感、信息融合、新材料等技術(shù)，代表著可穿戴智能設(shè)備未來的發(fā)展方向。

“外骨骼”這個詞語來自生物學(xué)。骨骼對動物來說非常重要，除了用來支撐身體、保護(hù)內(nèi)臟，還是進(jìn)行復(fù)雜運動的必需品。所有脊椎動物的骨骼都是長在體內(nèi)的，是“內(nèi)骨骼”，而像昆蟲綱和甲殼綱的動物則把以幾丁質(zhì)為原材料的骨骼長在身體表面，稱為“外骨骼”。我們把全身性可穿戴式智能系統(tǒng)稱為“外骨骼”，是非常形象而準(zhǔn)確的。它不僅為人提供保護(hù)，還能夠根據(jù)肢體活動來感應(yīng)、伺服、驅(qū)動機械關(guān)節(jié)重現(xiàn)動作，用以提供額外動力，使人跑得更快、跳得更高、負(fù)重更多。

來看一個傳奇的故事：朱利亞諾·平托是一位全身性癱瘓的殘疾人，2014年6月12日，在巴西世界杯開幕式上，他當(dāng)著全世界球迷的面，依靠一套“外骨骼”裝備踢出了那屆世界杯的第一球。平托所穿的“外骨骼”是由來自25個國家的150多名科學(xué)家聯(lián)合打造，由肢體輔助裝置和神經(jīng)傳感系統(tǒng)組成，頭盔和身體上均裝有神經(jīng)信號傳感器。當(dāng)平托的大腦發(fā)出指令后，這些信號經(jīng)由無線傳輸?shù)奖嘲锏挠嬎銠C，處理之后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)指令，驅(qū)動液壓活塞，幫助全身癱瘓的平托完成了開球這個不可思議的復(fù)雜動作。

顯而易見，“外骨骼”對于肢體殘疾者、癱瘓病人和年老體衰行動不便者有極大的幫助，目前市場上已經(jīng)能見到一些簡化版本，如正在銷售“eLEGS”。與真正的“外骨骼”相比，“eLEGS”更像是一個移動的機械框架。除此之外，“外骨骼”在軍事上的用途更為廣泛，世界各個軍事大國都有研發(fā)“外骨骼”的計劃，美國在這方面再一次走到了世界前列。

美國早在多年前就開始研究，如何通過加裝外掛裝置來提升單兵的作戰(zhàn)能力，得出來的結(jié)果就是“戰(zhàn)術(shù)外骨骼”。目前，很多美國公司和實驗室都在研制“戰(zhàn)術(shù)外骨骼”。洛克希德·馬丁公司最新一代的HULC戰(zhàn)術(shù)外骨骼，動力源為兩塊總質(zhì)量3.6千克的鋰聚合物電池，不僅擁有24小時的超長續(xù)航，還能夠完美同步士兵的復(fù)雜動作，包括深蹲、匍匐等，現(xiàn)已在美國軍方全面展開試驗。

哈佛大學(xué)研制的“外骨骼套裝”，用柔性材料制成，十分輕便，穿在身上，就像一件衣服一樣，十分貼身。“外骨骼套裝”可以與關(guān)節(jié)的自然活動做到完全同步，設(shè)備一旦檢測到人體的行走狀態(tài)，套裝就會被激活，為負(fù)重的士兵提供幫助，并能在需要的時候，以高度智能的方式“擴大肌肉力量”。

當(dāng)然，目前“戰(zhàn)術(shù)外骨骼”還達(dá)不到電影中鋼鐵俠那種水平，但普遍裝備部隊后，能夠有效提升整個部隊的戰(zhàn)斗力。

靠“外骨骼”變身鋼鐵俠，為時尚早

目前，全身性可穿戴式智能系統(tǒng)有兩大瓶頸：一是價格。據(jù)悉，平托所穿的“外骨骼”成本為2萬美元，市場價高達(dá)5萬～10萬美元，一般人根本買不起，軍隊也無法大規(guī)模采購。二是動力。“外骨骼”需要充足的電力來支持，就像現(xiàn)在的電動汽車，雖然技術(shù)上已經(jīng)成熟，但受限于電池技術(shù)，依然無法大規(guī)模推廣一樣，“外骨骼”想要真正走進(jìn)人們的生活，電池技術(shù)需要質(zhì)的飛躍。

總而言之，全身性可穿戴式智能系統(tǒng)仍處于早期階段，要想成熟后全面投入使用，還需我們靜靜等待。