加拿大Mawashi公司推出超輕型被動外骨骼系統

王新蕊+范宇翔+劉鈺

各國研制的外骨骼系統通常采用電力驅動，而一旦行動中電力耗盡，外骨骼系統將失去作用，成為士兵的攜行負擔。但最近，加拿大單兵助力外骨骼系統的研制取得了具有重要意義的新進展，Mawashi公司推出一款UPRISE（ultra-light passive ruggedized integrated soldier exoskeleton）超輕型被動士兵外骨骼系統。其在2017年6月美國佛羅里達州坦帕舉行的國防工業協會特種作戰部隊工業會議上首次披露。該外骨骼系統無需電池，模仿人體負重時的自然構造，通過機械杠桿，將負重轉移到合理的位置，減少骨骼肌肉損傷，確保士兵能夠執行3～7天的任務。該系統專為特種部隊設計，目前正在接受作戰訓練環境下的戰場測試。

被動外骨骼概念的提出

助力外骨骼就是模仿生物外骨骼，根據人體結構特點設計的外置動力機械裝置，其與肌肉骨骼系統相互作用，可賦予人體支撐、保護、運動以及環境感知等功能，提高人的承載能力、行進速度和越障能力。

目前，絕大多數外骨骼系統都依靠電力提供動力輔助。然而對電力的依賴也使外骨骼應用受到限制。現有的電池技術無法持久地為外骨骼提供能量，電力很有可能在任務中途就耗盡，嚴重影響外骨骼在戰場上的持續使用。因此美國率先提出了“被動外骨骼”這一概念，即無需外部能源，依靠自身特定的機制和結構承擔負重。隨后，洛克希德·馬丁公司便推出了無動力FORTIS外骨骼，但其適用范圍僅限于幫助海軍造船廠搬運笨重工具，如研磨機、鉚釘機等，無法實現隨軍作戰的目標。

UPRISE被動外骨骼問世

UPRISE戰術外骨骼的研發具有重要的意義，它無需外部能源，運用生物力學和人體運動負重管理，通過機械杠桿，將士兵負重轉移到身體上的合理位置，能夠協助士兵在戰場上負載重達120磅（54.4kg）的裝備，對士兵運動的干涉度低于1%。該系統包括：脊柱架構，安裝在人體背部；腰部滑帶，使軀干可以自由旋轉；仿人腿支架，具有髖關節、膝關節和踝關節伸展功能，能跟隨人體運動，支架末端能與鞋底集成，將負重轉移到地面；支撐頭盔的阿特拉斯系統。

該系統具有以下特點：

基于人體體重分配理念，有效分配負重

從2005年開始，Mawashi公司的工程師就在投入研究人體承重的極限，尤其是對于相撲選手，研究其負擔體重的方法以及體重分配的方式。經過研究，工程師發現，人體的構造非常合理，如果能合理地分配負重，人體可以攜帶180kg的重物。UPRISE被動外骨骼系統通過模擬人體負重時的自然構造，將負重的支撐點轉移到腿部內側，能夠保持平衡并承擔較大的負重。

設計合理，負重轉移效率較高

該外骨骼采用高強度鈦制成的結構設計，由靈活的脊柱、滑帶和支架等構件組成，滑帶可以使軀干自由轉動，腿部支架人機工效性好，其末端與鞋墊相似，能與穿戴者的鞋底集成，在沒有動力源的情況下更均勻地平衡重量，能將肩膀上50%～80%的負重轉移到地面。另外外骨骼上設計了緩沖墊，穿戴較為舒適，并且腿部的幾個位置裝有旋鈕，通過調節旋鈕，能夠適應不同身高的人穿戴。

結構簡單，能與其他裝備兼容使用

這套外骨骼系統體積較小，結構簡單，可以與防彈衣以及背包等其他裝備組合使用。此外，在展示中，外骨骼的滑帶上還能夠附加槍套等各種裝備；未來計劃加裝手臂外骨骼等附件。

編輯/劉蘭芳