破碎吧，機甲夢！

機甲是許多動漫迷們最愛的角色，這些機甲有一些典型特征，如使用雙腳行走，外表近似人型，而更讓人著迷的是人類可以坐在其內(nèi)部的駕駛艙里，使出各種大招。日前，一場真人版巨型機器大戰(zhàn)更是在美國精彩上演，美國研發(fā)人員駕駛著“馬克2”和日本人駕駛的機甲“水道工”貼身搏斗，上演了一場真實的“鐵甲鋼拳”。

那么，現(xiàn)實中會有這種東西嗎？人類是否真的能在未來戰(zhàn)場上駕駛步行機器人呢？讓人失望的是，從科學(xué)的角度來看，人類駕駛步行機器人的可行性非常小。

太過笨重

無論是奧特曼、圣戰(zhàn)士，還是機械怪獸哥吉拉，這些機甲體型都無比龐大。拿奧特曼來說，按照官方的說法，奧特曼的平均身高在45米左右，最高的在55米以上，最矮的也40米，跟10多層的樓房一樣高。

然而，在工程學(xué)和生物工程學(xué)上，有一個廣泛用到的平方立方定律，猶如緊箍咒一樣，限制著物體的大小。這個定律說的是當把一個物體的長度放大N倍后，它的體積會增加N的立次方倍，而表面積或者任何切面的面積將會放大N的平方倍。這一關(guān)系并不受物體形狀的影響，這些物體可以是立方體、球體、不規(guī)則體，甚至是一只蜘蛛。

按照這個原理，機甲體積越大，它會變得越重。如果你讓機甲變得比其他物體高2倍，它們的重量會重8倍，而支撐其體重的材料強度只會增加4倍。以此類推，最終會到達一個臨界點：這些機甲的體重如此之重，以致于無法支撐自己的重量而自我解體。反之，體積按比例縮小，你就會變得更強壯，這就是為什么螞蟻能輕松地扛起比自己重很多倍物體的原因。建造巨型機甲？沒那么容易。

此外，根據(jù)壓強定義，我們知道在一個表面產(chǎn)生的壓強，是物體重量除以受力面積。機甲使用的是雙足系統(tǒng)，身體的大部分質(zhì)量集中在兩條腿上，受力面積非常小，會導(dǎo)致它們接觸的地表因承受巨大的壓強而被“穿透”，這就跟一個女士穿著細高跟踩在地板上，有時會磨損地板一個道理。

德國在第二次世界大戰(zhàn)期間研發(fā)的超重型坦克，就遇到類似問題。這個超級坦克車長為12.14米，寬3.67米，高3.66米，重達188噸，是當時最重的坦克，也是全世界到目前為止最重型坦克紀錄的保持者！其配備的超級大炮足以摧毀任何裝甲車輛，堪稱坦克界之王。在最初的鋼筋混凝土上測試時，這個坦克還能運行良好，然而，在第一次實地測試中，就因為過重陷入泥地而無法動彈，最終這輛超級坦克因缺少實戰(zhàn)價值而成了一堆廢銅爛鐵。

德國在第二次世界大戰(zhàn)期間研發(fā)的超重型坦克

雙足寸步難行

人類雙腿行走的方式，非常有效率，能適應(yīng)各種地形，尤其擅長于耐力行走和攀爬巖石，看看一個背著幾倍于自己體重重物的士兵，能順利穿越各種地形，你也會驚嘆于人體的靈活性，也難怪動漫師們給巨型機甲設(shè)想的都是雙足行走。

但雙足行走并不是最穩(wěn)定的步態(tài)。人類的肌肉和神經(jīng)的精妙配合，才能維持我們的平衡，使得我們走路非常靈活，但這實際上是一個非常難的過程，這就是為什么人類嬰兒會花1～2年的時間才學(xué)會如何站立。實際上，大自然中，相比較四條腿、六條腿和八條腿的動物，兩條腿動物絕對是少數(shù)。

此外，一個物體越高，會更難保持平衡，像機甲這樣體型龐大的機器人，會更難保持穩(wěn)定。一個原因是為了支撐起機甲龐大的體重，在機甲的每個關(guān)節(jié)位置都會放置馬達，但馬達也比較重，這也意味著在機器人關(guān)節(jié)處，會聚集大量重量，使得機甲更加難以維持靜態(tài)和動態(tài)的平衡。如果其失去動力，或者動力被關(guān)閉，機甲將處于一個很容易被推倒的狀態(tài)。

所以，雖然美日研究團隊研發(fā)的“馬克2”和“水道工”都模擬了人態(tài)，并號稱它們是“機甲”，實際上這些機器人并沒有依靠兩條腿運動，而是靠輪子移動，不能算作是真正的機甲。

動力源如何解決？

另外一個問題是，如何解決機甲的動力來源。在科幻小說中，機甲會攜帶巨大的武器，發(fā)射炮火，遠程射擊敵人，這就要求有可靠的動力來源。按照一般設(shè)想，機甲可以由聚變反應(yīng)堆提供動力，但考慮到目前的聚變反應(yīng)堆與倉庫的大小差不多，這是不可能的。在電影《環(huán)太平洋》中，機甲用的是傳統(tǒng)的核裂變反應(yīng)堆，利用重核裂變反應(yīng)釋放能量，這一反應(yīng)堆可以在小規(guī)模的情況下，提供高功率能量輸出，但又不夠安全。

現(xiàn)在，人們正在研究燃料電池，但這些研究還處于起步階段，離我們夢想的能上天入地，持續(xù)戰(zhàn)斗幾天的機甲距離還很遙遠。

實時控制成難題

在科幻或超現(xiàn)實的影視中，面對敵人的一個猛攻，機甲可以迅速回避或者應(yīng)對，這就要求機甲能為駕駛艙內(nèi)的人類駕駛員提供實時環(huán)境信息。然而，設(shè)想容易，實踐困難。今天，我們可以借助感應(yīng)器感應(yīng)外部環(huán)境信息，但在真實世界的戰(zhàn)斗中，假如你真的駕駛一個高達數(shù)米的龐然大物，視線被擋，完全得依靠這些傳感器的話，其實并不靠譜，因為傳感器的任何輕微偏差都會導(dǎo)致機甲的控制系統(tǒng)運行錯誤，置你于危險之中。

另外一個問題是你該如何得到這些傳感器的反饋信息。玩游戲時，游戲操縱桿會振動以給你反饋。例如，如果你在戰(zhàn)斗游戲中用機關(guān)槍掃射時，操縱桿會在你的手中震動。或者，如果你的飛機在飛行游戲中墜毀了，操縱桿會猛然向后推。這種觸覺反饋，可以幫你更好判斷自己在游戲中遇到了什么。然而，在機甲駕駛艙內(nèi)，這種觸覺反饋實時反饋的信息量過大，反而會讓駕駛員難以處理，影響其發(fā)揮。

盡管困難重重，但人類已經(jīng)開始了制作機甲方面的嘗試。比如，為了解決人口老齡化而可能出現(xiàn)的勞動力短缺問題，日本石油和鐵礦石貿(mào)易商三井公司就開發(fā)了一套可穿戴盔甲，這套動力輔助服重約6千克，可以讓用戶在不壓迫后腰的情況下提起重達15千克的物品。下一階段，該公司還會減輕這套服裝的重量，并減少成本，讓其能舉起更重的物體。也許總有一天，我們可以借助外骨骼來搬運貨物。

然而，在未來，人類駕駛著巨大機甲游蕩在城市里，仍然只能是科幻小說里的場景。