《流浪地球》裡的單兵外骨骼你不用等到2075年就能穿上

文 / 周夢蝶 字數 / 2863字

一分鐘速覽

2019/02/15

1. 流浪地球中出現的外骨骼，在現在也已經不是什麼黑科技，或許不用等到2075年，數年之後就隨處可見。

2. 但只有等電池技術打破現在的瓶頸，外骨骼機器人才能真正走入現實。

當地球開始流浪了第十七年，人類遇到空前危機。木星的潮汐力讓數千個行星發動機受損。電影的劇情由此展開。其中，男主角徒手掰鐵門救出能說十幾種方言的“中國心”，救援隊在載具丟失的情況下拖著火石徒步從上海走到杭州，貌似還沒有花上太多時間。

《流浪地球》中的單兵外骨骼

這都是因為單兵外骨骼的存在，才能有這些情節出現，也讓機槍兵裝載加特林破冰變得合理。要知道，很多電影中的手提加特林橫掃一切是很不現實的。這種每分鐘射速達數千發的六管機槍光是彈藥就不方便攜帶，更不用說它本身的重量和射擊時的後坐力。

但這樣的外骨骼，在現在也已經不是什麼黑科技，或許不用等到2075年，數年之後就隨處可見。

外骨骼的概念和應用

在自然界中，某些昆蟲和節肢動物的骨骼長在體表，這被稱為外骨骼。龍蝦和螃蟹的殼都屬於外骨骼。

早在19世紀末，人類就開始了將外骨骼原理應用在現實中的嘗試。俄國人Nicholas Yagin開發了一套輔助人類行走、跳躍和跑步的設備，使用壓縮氣體袋儲存能量，輔助人類移動。

到了上世紀六十年代，第一套真正意義的外骨骼裝置（exoskeleton）由美國通用電氣公司研製而成，名為哈迪曼（Hardiman）。它通過液壓和電力驅動，能使穿戴者的力量增加25倍，提起110公斤重量的物體就像提起4.5公斤那麼輕鬆。但0.76米/秒的緩慢移動速度限制了這一裝備的實用性。同時，傳動系統的落後讓這一裝備的反應速度極其緩慢。

將外骨骼與人體結合相當於一種可穿戴裝置，其關節銜接與人體的關節相對應，成為人體的一種輔助裝置，或者是人體功率的放大器。穿戴者則向外骨骼發出控制信號，使其根據人體的肢體活動來驅動機器的關節執行相應的動作。

美國國防高級研究計劃局（DARPA）對外骨骼裝置在軍事領域的應用展示出濃厚的興趣。2001年，一項旨在提高地面士兵作戰能力的人類外骨骼性能增強（EHPA）項目被公佈，外骨骼機器人概念由此被提出，其軍事用途也被持續挖掘。

洛克希德·馬丁公司的人類通用負重載體（Human Universal Load Carrier, HULC）和雷神公司的XOS可以被視為美國的第一代單兵外骨骼裝置，於2010年前後先後公佈。

雷神公司設計的軍用外骨骼Sarcos XOS2

這兩種外骨骼裝置均能不同程度上增強士兵的力量、靈活性和耐力，使其獲得更快的奔跑速度、更高的跳躍高度和更強的負重能力。洛克希德·馬丁的HULC是一款下肢動力外骨骼（LOPES），在穿戴者的髖關節和膝關節提供動力輔助，並以傳感器感應穿戴者的動作，通過機載微型計算機使機器作出與穿戴者同步的動作。其模塊化的組件也允許穿戴者輕鬆地換裝和穿卸。當穿戴者以每小時4公里的速度在平地上行走時，HULC的續航能力為20公里。最大沖刺速度則為16公里/小時。

洛克希德·馬丁公司設計的HULC

XOS及其第二代產品XOS2則是覆蓋全身的外骨骼裝置，允許穿戴者以17：1的比例搬運重物，即士兵搬運170公斤的物品時，就像在搬運10公斤那麼輕鬆。它由液壓發動機提供動力，由各種傳感器感知穿戴者的動作和發力的位置。

中國、俄羅斯、加拿大、澳大利亞、日本等國也在發展各自的軍用外骨骼機器人項目。早在2015年，中國已經研發成功了新一代單兵外骨骼系統並展開了測試，隨後將有望裝備給我國特種部隊和精銳偵察兵，用以提升士兵的速度、載重量和機動性。這款外骨骼裝置同樣有著20公里作用的續航能力，支持士兵以時速4公里的速度行走。同時，它還能抵消一部分因槍械後坐力產生的抖動，提高射擊精度。

中國第一代單兵外骨骼系統

生活科技信息雜誌《Popular Science》在去年的一篇文章中更提到，中國正在這一代產品的基礎上研製新一代外骨骼機器人。新產品在材料、人體力學和電源方面進行改進，讓其具備更優秀的山地行走能力、更長的續航能力和更好的搬運實際/察覺比例。

工業領域的應用

外骨骼機器人還可以幫助人類做很多工作。消防員可以用它來移動殘骸，建築工人可以用它來抬起和操作更重的機器和材料，護士甚至可以用它來移動喪失行走能力的重病人。

其中，外骨骼機器人在工業領域的應用在最近幾年得到了快速的發展。福特公司此前就已宣佈在全球15個工廠中為工人配備EksoVest外骨骼設備，幫助他們減輕長時間抬頭和舉手的動作對身體造成的肌肉疲勞和脊椎勞損。

日本在這一技術的商用上同樣做得出色。一家醫療康復外骨骼機器人公司Cyberdyne設計的外骨骼設備HAL曾在福島核洩漏中裝備在現場搶險人員身上，幫助後者減輕負重。設備內部還加裝空調，防止搶險人員在反應堆內受熱中暑。這款產品出色的性能獲得了美國政府的青睞，並出于軍事目的採購。儘管這是一款民用產品，日本軍方仍然希望購買並在自衛隊中使用。

日本Cyberdyne公司設計的外骨骼設備HAL

同時，松下、三菱等企業都在設計研發自己的外骨骼設備。以色列的Rewalk、美國的Ekso也是在這一領域相當出色的企業。

中國的外骨骼產品則在經歷著由軍用逐漸拓展到民用的過程。隨著人口老齡化趨勢的加快，中國將會面對勞動力的瓶頸。外骨骼機器人被認為是應對這一問題的一個良方。因此，也有一個說法稱，解決醫療保健和工業生產效率的外骨骼設備將成為中日兩大經濟體未來技術競爭的新領域。

電池和可靠性

動力是制約外骨骼設備走向實用的關鍵。例如，洛克希德·馬丁的HULC僅配備幾塊鋰電池作為動力來源，因此只能維持短時間的續航。如果將內燃動力整合到設備中，又會導致設備過於笨重，影響穿戴者的靈活性。

如果將動力來源外置，雖然能保證外骨骼設備動力的持續供應，但其活動範圍將受到嚴重的限制。這能在工廠內部使用，但卻無法應用在戰場環境中。

鋼鐵俠的小型可控核聚變反應裝置

只有等電池技術打破現在的瓶頸，外骨骼機器人才能真正走入現實。展望未來，仍釋放外骨骼機器人全部潛能的能源或許就是核聚變。一個微型的核聚變發動機將會在一個小空間裡給設備提供充沛的能量，從而激發無限的可能性。

未來的發展

在《流浪地球》的世界觀中，面臨危機的人類真正做到了鑄劍為犁，科技樹都點在了車輪比人高的重卡、汽車駕駛方向球、以重聚變技術噴射等離子光束推動地球前進的行星發動機上，軍用科技卻停滯不前。最明顯的就是，今天激光武器概念已經滿天飛，數十年後救援隊的機槍兵還要用加特林來打破冰牆；王磊中尉手中的制式步槍還是5.8毫米無託步槍，設計上還有95式步槍的影子。

而軍用科技缺停滯不前。最明顯的就是，今天激光武器概念已經滿天飛，數十年後救援隊的機槍兵還要用加特林來打破冰牆；王磊中尉手中的制式步槍還是5.8毫米無託步槍，設計上還有95式步槍的影子。

機槍兵用加特林掃射木星

但在真正的危機還沒到來的現實中，軍事用途或許還是推動外骨骼技術進步的重要因素。

在未來，軍用外骨骼除了增強人體的基本功能之外，還要具有良好的防護性、對複雜環境的適應性以及輔助火力、通信、偵查支持等功能。

電影中的外骨骼能在零下80多度的環境中保持良好狀態，證明當時人類的科技已經能完全適應嚴寒的環境。但在今天，外骨骼在惡劣的戰場環境中必須提高其可靠性。誰也不想在戰火紛飛的時候還要照看一堆精細又脆弱的機器。

2018年12月，美國陸軍研究人員和士兵裝備部門的官員在紐約德魯姆堡（Fort Drum）舉行名為“用戶觸點”的活動，幫助士兵瞭解當前單兵外骨骼技術，也讓技術供應商和研發人員瞭解使用者對這一技術的需求。

根據軍方提出的建議，外骨骼機器人需要在設計時充分考慮到與穿戴者的整合、具備更快的裝備和褪裝速度、考慮穿戴者因體重減輕或肌肉增加而產生的身體變化、提供便捷的醫療幫助。

相信，在能源技術獲得飛躍之後，外骨骼設備最大的制約因素將會消失，屆時，這一技術的潛能將激發各國科學家的努力，可靠性，人機融合等問題將會隨之解決。外骨骼將不再只存在於電影中。

·END·

圖片來源於網絡，若有侵權請告知，我們會刪除。

今日作者