動(dong)力外骨(gu)骼，最(zui)初出現在(zai)(zai)科幻(huan)小說中(zhong)的(de)機械及(ji)電子(zi)設備，是一種能(neng)(neng)夠增(zeng)強人體(ti)能(neng)(neng)力的(de)可穿戴(dai)機器。它能(neng)(neng)夠幫(bang)助(zhu)人們(men)跑得更(geng)快、跳得更(geng)高、能(neng)(neng)夠攜帶(dai)更(geng)多(duo)更(geng)重的(de)東西，并且幫(bang)助(zhu)穿戴(dai)它的(de)人在(zai)(zai)戰場(chang)、建筑(zhu)工地或者其(qi)它有(you)危險的(de)地方生存下來。這(zhe)項技(ji)術(shu)已經有(you)二十多(duo)年的(de)歷史，但是出于(yu)技(ji)術(shu)原因，這(zhe)些裝置(zhi)現在(zai)(zai)還沒有(you)廣泛(fan)應用，只(zhi)在(zai)(zai)實驗(yan)室(shi)或者試驗(yan)場(chang)里(li)閃(shan)(shan)閃(shan)(shan)發亮。
動力(li)外骨骼通(tong)過傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)來(lai)收集使用(yong)者(zhe)的(de)活動信(xin)(xin)息(xi)(xi)，這些信(xin)(xin)息(xi)(xi)傳遞給(gei)信(xin)(xin)息(xi)(xi)處(chu)理器(qi)(qi)進行處(chu)理，然后(hou)啟動相應的(de)機(ji)(ji)械(xie)部(bu)件來(lai)輸出能量。在動力(li)外骨骼中(zhong)可以使用(yong)的(de)傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)種(zhong)類(lei)很多，包括角辨(bian)向器(qi)(qi)、肌(ji)電傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)、地面傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)、肌(ji)肉壓力(li)傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)等等。同樣，用(yong)于輸出的(de)機(ji)(ji)械(xie)系統(tong)也有很多選擇(ze)，目前液壓系統(tong)和(he)氣壓系統(tong)是比較常(chang)見的(de)。
在(zai)(zai)某些意義上(shang)，動(dong)(dong)力(li)外(wai)骨(gu)(gu)骼可能比《終(zhong)結者(zhe)》中的(de)T600那(nei)樣的(de)機器(qi)人更復雜(za)。動(dong)(dong)力(li)外(wai)骨(gu)(gu)骼需(xu)要(yao)在(zai)(zai)極短(duan)的(de)時(shi)間內判斷出使(shi)(shi)用者(zhe)的(de)動(dong)(dong)作意圖，并且給予恰如(ru)其分的(de)幫助。現在(zai)(zai)最成熟的(de)軍(jun)用動(dong)(dong)力(li)外(wai)骨(gu)(gu)骼采(cai)用肌肉(rou)(rou)壓(ya)力(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)來收(shou)集(ji)用戶動(dong)(dong)作。當(dang)人彎曲手(shou)肘時(shi)，上(shang)臂(bei)的(de)肌肉(rou)(rou)纖維(wei)組(zu)織會緊靠在(zai)(zai)一(yi)起，從(cong)(cong)而(er)牽動(dong)(dong)肌鍵運動(dong)(dong)，直觀表現就是肌肉(rou)(rou)隆起。在(zai)(zai)動(dong)(dong)力(li)外(wai)骨(gu)(gu)骼與(yu)皮膚接觸的(de)肌肉(rou)(rou)壓(ya)力(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)收(shou)集(ji)肌肉(rou)(rou)收(shou)緊的(de)強度(du)和方向(xiang)，從(cong)(cong)而(er)感(gan)應(ying)到操縱者(zhe)的(de)動(dong)(dong)作意圖。它會把收(shou)集(ji)得到的(de)數據資料(liao)傳(chuan)(chuan)達給信息處理器(qi)——這是一(yi)個安裝在(zai)(zai)背部的(de)“背包”，可以(yi)看(kan)成一(yi)臺電腦——信息處理器(qi)計(ji)算如(ru)何移動(dong)(dong)外(wai)骨(gu)(gu)骼讓使(shi)(shi)用者(zhe)用力(li)最小，然后(hou)再把指令傳(chuan)(chuan)遞到相關(guan)的(de)關(guan)節，通過(guo)關(guan)節內部的(de)液壓(ya)機構(gou)傳(chuan)(chuan)動(dong)(dong)裝置產生(sheng)精確(que)的(de)力(li)量，從(cong)(cong)而(er)做到與(yu)人的(de)動(dong)(dong)作同步。當(dang)然，實(shi)際(ji)上(shang)還是有一(yi)點(dian)時(shi)滯(zhi)的(de)，但是時(shi)滯(zhi)被控制(zhi)在(zai)(zai)無(wu)法察(cha)覺的(de)程度(du)。在(zai)(zai)現代(dai)信息技術(shu)的(de)幫助下(xia)，動(dong)(dong)力(li)外(wai)骨(gu)(gu)骼以(yi)每秒數千(qian)次的(de)速度(du)調(diao)整全身每一(yi)個關(guan)節，讓使(shi)(shi)用者(zhe)幾乎察(cha)覺不到它的(de)存在(zai)(zai)。
早在(zai)(zai)1960年(nian)，通用(yong)電氣(qi)就開(kai)始了機(ji)械外骨(gu)骼的(de)(de)研(yan)究，但是當時他(ta)們開(kai)發(fa)的(de)(de)設備只(zhi)有一(yi)只(zhi)手。麻省理(li)工(gong)學(xue)院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）從1978年(nian)也(ye)開(kai)始了研(yan)究，但是目前看起來比(bi)較有希望的(de)(de)是一(yi)家(jia)坐落在(zai)(zai)鹽湖城的(de)(de)公司。這家(jia)叫做Sarcos的(de)(de)公司在(zai)(zai)1983年(nian)就開(kai)始了這方面的(de)(de)探索，公司創始人斯蒂芬·雅克布森(sen)（Stephen Jocabsen）親切(qie)地(di)叫它XOS。2000年(nian)XOS從14個類(lei)似(si)的(de)(de)裝備中(zhong)脫穎而出，被美國(guo)國(guo)防(fang)部(bu)高(gao)級(ji)研(yan)究計劃(hua)署——就是這個機(ji)構發(fa)明了互(hu)聯(lian)網——選中(zhong)，并且(qie)(qie)把打(da)算它應用(yong)在(zai)(zai)軍隊(dui)中(zhong)。這項研(yan)究在(zai)(zai)高(gao)級(ji)研(yan)究計劃(hua)署的(de)(de)資金支持下開(kai)始迅速發(fa)展(zhan)，后(hou)來Sarcos被美國(guo)一(yi)家(jia)國(guo)防(fang)部(bu)承(cheng)包商(shang)雷神(shen)（Raytheon）公司收(shou)購，有望能(neng)在(zai)(zai)2008年(nian)推(tui)出成品，并且(qie)(qie)在(zai)(zai)2009年(nian)進行戰(zhan)場實驗。
除了軍方外，動(dong)力外骨(gu)(gu)骼(ge)在民用領域也大(da)有(you)可為。日本筑(zhu)波大(da)學的(de)(de)機械人專(zhuan)家三階吉行和(he)(he)他(ta)(ta)的(de)(de)同事們(men)(men)在2004年創建了一個叫(jiao)做(zuo)“Cyberdyne”的(de)(de)公司(si)，開始把他(ta)(ta)們(men)(men)花(hua)了十年時間研制的(de)(de)動(dong)力外骨(gu)(gu)骼(ge)推向市場(chang)。這種動(dong)力外骨(gu)(gu)骼(ge)叫(jiao)做(zuo)HAL，是(shi)人體輔(fu)助(zhu)(zhu)義(yi)肢（Hybrid Assistive Limb）的(de)(de)縮寫(xie)，主要用于醫(yi)療(liao)領域，幫(bang)助(zhu)(zhu)殘障(zhang)者行動(dong)和(he)(he)傷(shang)患復健，以及為護士們(men)(men)助(zhu)(zhu)力。現在已(yi)經有(you)了上(shang)市的(de)(de)產品，當然，和(he)(he)軍用標(biao)準相(xiang)距甚遠。
現在(zai)，美(mei)國國防部(bu)研究計(ji)劃(hua)署(shu)（DARPA）投資五千(qian)萬美(mei)元(yuan)為(wei)地(di)面部(bu)隊開(kai)(kai)發外(wai)骨(gu)骼套裝(zhuang)。這(zhe)(zhe)種可穿(chuan)戴的(de)(de)機器(qi)人系(xi)(xi)統可以(yi)使士(shi)兵(bing)(bing)能(neng)夠(gou)跑(pao)得更(geng)快、攜帶更(geng)重的(de)(de)武器(qi)以(yi)及跳過(guo)較大(da)的(de)(de)障礙物。外(wai)骨(gu)骼在(zai)非軍事領(ling)域的(de)(de)應(ying)用(yong)潛力同樣十分巨大(da)。2000年，DARPA征求人體能(neng)力增強系(xi)(xi)統的(de)(de)建議書，很快將會簽約并開(kai)(kai)始外(wai)骨(gu)骼的(de)(de)開(kai)(kai)發。軍方(fang)機構稱，對這(zhe)(zhe)種新技術的(de)(de)測試至(zhi)少(shao)要(yao)在(zai)十年之后才能(neng)進行，而要(yao)士(shi)兵(bing)(bing)能(neng)夠(gou)穿(chuan)上(shang)這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)身(shen)體加強系(xi)(xi)統參加戰斗，則可以(yi)需要(yao)更(geng)長的(de)(de)時(shi)間。根據預測，這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)外(wai)骨(gu)骼系(xi)(xi)統能(neng)夠(gou)提高(gao)士(shi)兵(bing)(bing)的(de)(de)力量和(he)速度，而且(qie)還能(neng)通(tong)過(guo)內置的(de)(de)計(ji)算機輔(fu)助士(shi)兵(bing)(bing)在(zai)國外(wai)領(ling)土行軍。但(dan)是，這(zhe)(zhe)種系(xi)(xi)統仍存在(zai)一些(xie)(xie)問(wen)題(ti)，包括如何(he)(he)為(wei)這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)機器(qi)提供(gong)能(neng)量，它們將如何(he)(he)響應(ying)人體動作等(deng)。
DARPA外骨(gu)骼計(ji)(ji)劃(hua)的目(mu)標是(shi)讓普通士兵(bing)(bing)變成可以(yi)跳過較高(gao)物體和高(gao)速奔跑的超級士兵(bing)(bing)。該計(ji)(ji)劃(hua)現在(zai)仍處(chu)于初期階(jie)段，所以(yi)這些(xie)(xie)可穿戴機(ji)器(qi)的具(ju)體細節仍然非(fei)常(chang)模糊。不過DARPA已經為這些(xie)(xie)可穿戴機(ji)器(qi)確(que)定了一些(xie)(xie)可以(yi)期待的東西(xi)。下(xia)面是(shi)研(yan)究人員期望外骨(gu)骼在(zai)士兵(bing)(bing)身上實現的目(mu)標。
1、增(zeng)大(da)(da)力(li)量：士(shi)(shi)兵(bing)將(jiang)能夠(gou)攜帶(dai)更(geng)多的武器和軍需(xu)品。通過增(zeng)大(da)(da)力(li)量，士(shi)(shi)兵(bing)還將(jiang)能夠(gou)在(zai)行(xing)軍時移走途中(zhong)的大(da)(da)障礙物。它(ta)(ta)還將(jiang)使士(shi)(shi)兵(bing)能夠(gou)穿上較重(zhong)的身體護甲和其他防(fang)彈護具(ju)。20世(shi)紀60年代(dai)，通用電氣公司(GE)與(yu)美(mei)國軍方合作(zuo)開發了一個(ge)外骨(gu)骼，稱為Hardiman。它(ta)(ta)使得舉起(qi)120公斤的重(zhong)物就像舉起(qi)5公斤重(zhong)物那(nei)樣(yang)輕松(song)。
2、提(ti)高(gao)速(su)度：普(pu)通(tong)人(ren)走(zou)路的(de)時速(su)為(wei)6至10公里(li)，但(dan)是士兵通(tong)常還要在背包里(li)攜帶重達約(yue)70公斤的(de)軍(jun)需品。在背負(fu)如此多的(de)重物時，即使是條件最好的(de)軍(jun)隊也(ye)難以很快行進。現(xian)在還不(bu)確定DARPA的(de)外骨骼(ge)將(jiang)能(neng)夠走(zou)多快。不(bu)過(guo)測試表明，一種獨立開發的(de)身體放大器彈簧(huang)行走(zou)器的(de)時速(su)可超過(guo)16公里(li)。
3、跳(tiao)(tiao)得更(geng)高(gao)和更(geng)遠：現在還不清(qing)楚穿(chuan)上機械套裝將能(neng)夠(gou)跳(tiao)(tiao)多(duo)(duo)遠和跳(tiao)(tiao)多(duo)(duo)高(gao)，但是(shi)軍(jun)方希望這種機器(qi)能(neng)夠(gou)幫(bang)助(zhu)士兵跳(tiao)(tiao)過降低行軍(jun)速(su)度的一般障礙物。
總的(de)(de)(de)(de)來說(shuo)，士(shi)兵(bing)(bing)(bing)在(zai)不可(ke)預測的(de)(de)(de)(de)地(di)形中長距離行軍時，此裝備(bei)可(ke)提高自(zi)己的(de)(de)(de)(de)耐久性。借助增大的(de)(de)(de)(de)力(li)量(liang)，他們還將(jiang)能夠修復憑人體(ti)自(zi)身(shen)(shen)力(li)量(liang)難以(yi)修復的(de)(de)(de)(de)重(zhong)型設備(bei)。專(zhuan)家(jia)認為，由于增加了身(shen)(shen)體(ti)護(hu)甲，傷亡(wang)人數將(jiang)變得(de)更少(shao)。這些外骨骼(ge)(ge)機(ji)器(qi)(qi)還將(jiang)配備(bei)傳(chuan)感器(qi)(qi)和(he)全(quan)球定位(wei)系統(GPS)接收器(qi)(qi)。利(li)用(yong)這一技術，士(shi)兵(bing)(bing)(bing)可(ke)以(yi)了解有關他們正在(zai)穿越的(de)(de)(de)(de)地(di)形的(de)(de)(de)(de)信息(xi)，從而找出行進到指定位(wei)置的(de)(de)(de)(de)最佳路線。DARPA還在(zai)開(kai)發(fa)與外骨骼(ge)(ge)配套(tao)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)計算機(ji)化織物，用(yong)于監視士(shi)兵(bing)(bing)(bing)的(de)(de)(de)(de)心率和(he)呼吸率。
如(ru)果(guo)研(yan)制順利，美國軍隊將(jiang)普遍配備(bei)(bei)這(zhe)些外(wai)骨(gu)骼(ge)，屆時將(jiang)出現(xian)大(da)量(liang)可以跳得(de)更高、跑得(de)更快以及能舉起巨大(da)重量(liang)的(de)超級士兵(bing)。然而，預期開發這(zhe)些設備(bei)(bei)需(xu)要數年甚(shen)至數十年。在下一(yi)部分(fen)中，你將(jiang)了解負責開發這(zhe)些外(wai)骨(gu)骼(ge)的(de)研(yan)究人員所面臨的(de)一(yi)些障礙。
DARPA不是(shi)第(di)一個嘗試建造(zao)外(wai)骨骼(ge)機械套裝的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)。如前所述，GE在(zai)20世(shi)紀60年代便開發了稱為Hardiman的(de)(de)(de)液壓和(he)電(dian)動套裝。該(gai)套裝的(de)(de)(de)問題(ti)是(shi)，它太過笨重（接近700公斤(jin)），根本不實用(yong)(yong)。今天有(you)(you)了更先進的(de)(de)(de)材料(liao)，例如可用(yong)(yong)于建造(zao)更現代化的(de)(de)(de)外(wai)骨骼(ge)的(de)(de)(de)碳化纖維和(he)其他材料(liao)。然而，該(gai)項目也并非沒有(you)(you)挑戰(zhan)。
若要(yao)使外骨骼(ge)機器發揮作(zuo)用，必須綜合考慮五(wu)種(zhong)因素：結(jie)構(gou)、能量、控制、促動(dong)和生物機械(xie)學。每種(zhong)因素都有(you)自(zi)己的一(yi)系(xi)列挑戰。下面是(shi)DARPA概(gai)括(kuo)的一(yi)些挑戰：
1、構造材料(liao)：外骨骼必(bi)須用(yong)堅(jian)韌、輕質且有彈性(xing)的復合(he)材料(liao)制(zhi)成。該材料(liao)自身還必(bi)須能夠(gou)抵御敵方火力，以(yi)保護穿用(yong)者(zhe)。
2、能(neng)量(liang)(liang)源：這些限制(zhi)主要來自于能(neng)源——現(xian)在所(suo)使用的(de)(de)能(neng)源裝置實在是有(you)點支持不了動(dong)力(li)外骨骼(ge)的(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)消(xiao)耗。補給(gei)能(neng)量(liang)(liang)之(zhi)前，外骨骼(ge)具有(you)的(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)必(bi)須足以支持24小時。此(ci)外，產生能(neng)量(liang)(liang)的(de)(de)裝置必(bi)須便(bian)于背挎。對(dui)于外骨骼(ge)研制(zhi)者(zhe)而言，創造出零噪音機器可能(neng)是最困難的(de)(de)一項任務。
3、控制(zhi)：機器的控制(zhi)必(bi)須(xu)是無(wu)縫的。使(shi)用者在(zai)穿上該設(she)備后必(bi)須(xu)能夠正常(chang)活(huo)動。
4、促動：設計者必須(xu)使(shi)機(ji)器能夠順暢移動，以便穿(chuan)用者不會太笨拙。與發動機(ji)一(yi)樣，促動器也必須(xu)安(an)靜(jing)而高效。
5、生物機械學：外骨(gu)骼(ge)必(bi)須(xu)能夠左右和(he)前后移動，就(jiu)像(xiang)人在戰場中那樣行進。如果它沒有(you)這種能力(li)，則(ze)穿用該(gai)套裝的(de)(de)士兵就(jiu)可能處于極其危險的(de)(de)境地。開發者設計(ji)的(de)(de)結構必(bi)須(xu)像(xiang)人體一樣帶有(you)可彎(wan)曲的(de)(de)關節。
軍用外(wai)骨(gu)骼將是人類研(yan)制的(de)最復(fu)雜的(de)機(ji)器之一，它還能(neng)(neng)(neng)促進(jin)機(ji)器人的(de)開(kai)(kai)發(fa)，令機(ji)器人更(geng)像人類。外(wai)骨(gu)骼必須能(neng)(neng)(neng)夠(gou)感(gan)應(ying)(ying)人體活(huo)動并(bing)對其做(zuo)出(chu)反應(ying)(ying)。它們還必須能(neng)(neng)(neng)夠(gou)將來自能(neng)(neng)(neng)量(liang)源的(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)轉(zhuan)換為(wei)(wei)可用的(de)促動能(neng)(neng)(neng)量(liang)，以輔(fu)助穿用者(zhe)(zhe)開(kai)(kai)展活(huo)動。擺在開(kai)(kai)發(fa)者(zhe)(zhe)面前的(de)挑(tiao)戰是巨大的(de)，為(wei)(wei)了(le)開(kai)(kai)發(fa)出(chu)這種(zhong)外(wai)骨(gu)骼，新的(de)設(she)備和發(fa)明也將不斷(duan)涌現。
精靈世界
】編輯(ji)上傳提(ti)(ti)供，詞(ci)條屬(shu)(shu)于開放詞(ci)條，當前頁面(mian)所展示(shi)的(de)(de)詞(ci)條介紹涉及宣傳內容屬(shu)(shu)于注冊用戶個人編輯(ji)行(xing)為，與(yu)【動力(li)外骨骼】的(de)(de)所屬(shu)(shu)企業/所有(you)人/主體(ti)無(wu)關，網(wang)站不(bu)完全保證內容信息(xi)的(de)(de)準確性、真實性，也不(bu)代表(biao)本站立(li)場，各項數據(ju)信息(xi)存在更新不(bu)及時的(de)(de)情況，僅供參考，請(qing)以官方發布為準。如果(guo)頁面(mian)內容與(yu)實際情況不(bu)符，可點(dian)擊“反饋”在線(xian)向網(wang)站提(ti)(ti)出(chu)修改(gai)，網(wang)站將核實后(hou)進行(xing)更正。
