動力外骨骼，最初出現在科幻小說(shuo)中的(de)機(ji)械(xie)及(ji)電子設備，是一種能夠增(zeng)強人體(ti)能力的(de)可(ke)穿戴(dai)機(ji)器。它(ta)能夠幫助人們跑得(de)(de)更(geng)(geng)快(kuai)、跳得(de)(de)更(geng)(geng)高、能夠攜(xie)帶更(geng)(geng)多(duo)更(geng)(geng)重的(de)東(dong)西，并(bing)且(qie)幫助穿戴(dai)它(ta)的(de)人在戰(zhan)場、建筑工(gong)地或者其它(ta)有(you)危險的(de)地方生(sheng)存下來。這(zhe)(zhe)項技術已(yi)經有(you)二十多(duo)年的(de)歷史，但是出于技術原因，這(zhe)(zhe)些(xie)裝置現在還沒有(you)廣泛應用，只在實(shi)驗室或者試驗場里(li)閃閃發亮。
動(dong)力(li)外(wai)骨(gu)骼通過傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)來(lai)收集使(shi)用(yong)(yong)(yong)者的(de)活動(dong)信(xin)息，這些信(xin)息傳(chuan)遞給信(xin)息處(chu)理器(qi)(qi)進行處(chu)理，然后啟動(dong)相應的(de)機械部件來(lai)輸出(chu)能量。在動(dong)力(li)外(wai)骨(gu)骼中可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)(yong)(yong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)種(zhong)類很(hen)多，包括(kuo)角辨向(xiang)器(qi)(qi)、肌電傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)、地(di)面傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)、肌肉壓力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)等等。同樣，用(yong)(yong)(yong)于輸出(chu)的(de)機械系統(tong)(tong)(tong)也有(you)很(hen)多選擇(ze)，目(mu)前液壓系統(tong)(tong)(tong)和氣(qi)壓系統(tong)(tong)(tong)是比較(jiao)常(chang)見的(de)。
在(zai)某些意(yi)義上(shang)(shang)，動(dong)力(li)(li)外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼可(ke)能比《終結者(zhe)》中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)T600那樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)機器人更復雜(za)。動(dong)力(li)(li)外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼需要(yao)在(zai)極(ji)短的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間內判斷出使(shi)用(yong)(yong)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)作意(yi)圖，并且(qie)給予恰如(ru)其分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)幫助。現(xian)在(zai)最成熟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軍用(yong)(yong)動(dong)力(li)(li)外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼采(cai)用(yong)(yong)肌(ji)(ji)(ji)(ji)肉壓(ya)力(li)(li)傳感器來收(shou)集(ji)用(yong)(yong)戶動(dong)作。當人彎曲手肘時(shi)，上(shang)(shang)臂(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)肌(ji)(ji)(ji)(ji)肉纖維(wei)組織會(hui)緊(jin)靠在(zai)一(yi)(yi)(yi)起，從(cong)而(er)牽動(dong)肌(ji)(ji)(ji)(ji)鍵運動(dong)，直觀表現(xian)就是肌(ji)(ji)(ji)(ji)肉隆起。在(zai)動(dong)力(li)(li)外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼與皮膚接觸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)肌(ji)(ji)(ji)(ji)肉壓(ya)力(li)(li)傳感器收(shou)集(ji)肌(ji)(ji)(ji)(ji)肉收(shou)緊(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)和(he)方向(xiang)，從(cong)而(er)感應到操縱者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)作意(yi)圖。它會(hui)把收(shou)集(ji)得到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)據資料傳達給信(xin)息(xi)處理(li)器——這(zhe)是一(yi)(yi)(yi)個安(an)裝在(zai)背部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)“背包”，可(ke)以看成一(yi)(yi)(yi)臺電(dian)腦——信(xin)息(xi)處理(li)器計算如(ru)何移動(dong)外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼讓使(shi)用(yong)(yong)者(zhe)用(yong)(yong)力(li)(li)最小(xiao)，然(ran)(ran)后(hou)再把指令(ling)傳遞到相關(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)節，通過關(guan)節內部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)液壓(ya)機構傳動(dong)裝置產生精確的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)量，從(cong)而(er)做到與人的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)作同步。當然(ran)(ran)，實際(ji)上(shang)(shang)還是有一(yi)(yi)(yi)點時(shi)滯(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，但(dan)是時(shi)滯(zhi)被控制(zhi)在(zai)無(wu)法察覺的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)程(cheng)度(du)(du)。在(zai)現(xian)代信(xin)息(xi)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)幫助下，動(dong)力(li)(li)外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼以每秒數(shu)千(qian)次的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)速度(du)(du)調整全身每一(yi)(yi)(yi)個關(guan)節，讓使(shi)用(yong)(yong)者(zhe)幾(ji)乎察覺不到它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)。
早在(zai)(zai)(zai)1960年(nian)(nian)，通(tong)用電氣就(jiu)(jiu)開(kai)(kai)始了機械外骨骼(ge)的(de)研究(jiu)，但是當時他們開(kai)(kai)發的(de)設(she)備只有一(yi)只手。麻省理工學(xue)院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）從1978年(nian)(nian)也開(kai)(kai)始了研究(jiu)，但是目前看起來比較有希(xi)望的(de)是一(yi)家(jia)(jia)(jia)坐落在(zai)(zai)(zai)鹽湖城的(de)公司(si)。這(zhe)家(jia)(jia)(jia)叫做(zuo)Sarcos的(de)公司(si)在(zai)(zai)(zai)1983年(nian)(nian)就(jiu)(jiu)開(kai)(kai)始了這(zhe)方面的(de)探索，公司(si)創始人斯(si)蒂芬·雅克布(bu)森(sen)（Stephen Jocabsen）親切地叫它XOS。2000年(nian)(nian)XOS從14個類似的(de)裝備中(zhong)脫穎而出(chu)，被美(mei)國(guo)國(guo)防部(bu)高級研究(jiu)計劃署(shu)——就(jiu)(jiu)是這(zhe)個機構發明了互聯網(wang)——選中(zhong)，并且把打算(suan)它應用在(zai)(zai)(zai)軍隊中(zhong)。這(zhe)項研究(jiu)在(zai)(zai)(zai)高級研究(jiu)計劃署(shu)的(de)資(zi)金(jin)支持下(xia)開(kai)(kai)始迅速(su)發展，后來Sarcos被美(mei)國(guo)一(yi)家(jia)(jia)(jia)國(guo)防部(bu)承包(bao)商(shang)雷神（Raytheon）公司(si)收購，有望能在(zai)(zai)(zai)2008年(nian)(nian)推出(chu)成品，并且在(zai)(zai)(zai)2009年(nian)(nian)進行戰場實驗。
除了(le)軍方外(wai)，動力(li)(li)外(wai)骨(gu)(gu)骼在(zai)民用(yong)(yong)領(ling)域(yu)也大有可(ke)為。日本筑波(bo)大學的(de)(de)(de)機械人專(zhuan)家三(san)階吉行和(he)(he)他的(de)(de)(de)同事們在(zai)2004年創(chuang)建了(le)一(yi)個叫(jiao)做(zuo)“Cyberdyne”的(de)(de)(de)公司，開(kai)始把(ba)他們花了(le)十年時間研制的(de)(de)(de)動力(li)(li)外(wai)骨(gu)(gu)骼推向市場(chang)。這種(zhong)動力(li)(li)外(wai)骨(gu)(gu)骼叫(jiao)做(zuo)HAL，是人體輔助(zhu)(zhu)義肢（Hybrid Assistive Limb）的(de)(de)(de)縮寫，主(zhu)要用(yong)(yong)于(yu)醫療領(ling)域(yu)，幫助(zhu)(zhu)殘障者行動和(he)(he)傷患復健，以及為護(hu)士們助(zhu)(zhu)力(li)(li)。現在(zai)已(yi)經有了(le)上(shang)市的(de)(de)(de)產品，當然，和(he)(he)軍用(yong)(yong)標準相(xiang)距甚遠。
現在(zai)(zai)，美(mei)國(guo)國(guo)防部(bu)研(yan)究計劃署（DARPA）投資五千(qian)萬美(mei)元為地面部(bu)隊開(kai)發(fa)外骨(gu)骼套裝。這(zhe)種(zhong)可(ke)穿戴(dai)的(de)(de)(de)機器人系(xi)統可(ke)以使(shi)士兵(bing)能(neng)夠跑得更(geng)快、攜帶(dai)更(geng)重的(de)(de)(de)武(wu)器以及跳過較大的(de)(de)(de)障(zhang)礙物。外骨(gu)骼在(zai)(zai)非軍事領域的(de)(de)(de)應用潛(qian)力(li)同樣十分巨大。2000年，DARPA征求人體能(neng)力(li)增強(qiang)系(xi)統的(de)(de)(de)建議書，很快將會簽約并開(kai)始外骨(gu)骼的(de)(de)(de)開(kai)發(fa)。軍方(fang)機構稱(cheng)，對這(zhe)種(zhong)新技術(shu)的(de)(de)(de)測(ce)試至(zhi)少要(yao)在(zai)(zai)十年之后才能(neng)進行，而(er)要(yao)士兵(bing)能(neng)夠穿上這(zhe)些(xie)身體加強(qiang)系(xi)統參(can)加戰斗，則(ze)可(ke)以需(xu)要(yao)更(geng)長的(de)(de)(de)時(shi)間。根據(ju)預測(ce)，這(zhe)些(xie)外骨(gu)骼系(xi)統能(neng)夠提高士兵(bing)的(de)(de)(de)力(li)量和速度，而(er)且還能(neng)通過內(nei)置的(de)(de)(de)計算機輔助士兵(bing)在(zai)(zai)國(guo)外領土行軍。但是，這(zhe)種(zhong)系(xi)統仍存在(zai)(zai)一(yi)些(xie)問題(ti)，包括如何(he)為這(zhe)些(xie)機器提供能(neng)量，它們將如何(he)響應人體動作等。
DARPA外(wai)骨(gu)骼計(ji)劃的(de)目標(biao)是(shi)讓普通士(shi)兵(bing)變成可(ke)以(yi)跳過較高(gao)物(wu)體和(he)高(gao)速奔跑的(de)超級士(shi)兵(bing)。該計(ji)劃現在仍處(chu)于初期階(jie)段(duan)，所以(yi)這些可(ke)穿戴(dai)機器(qi)的(de)具(ju)體細(xi)節仍然非(fei)常模糊(hu)。不(bu)過DARPA已經(jing)為(wei)這些可(ke)穿戴(dai)機器(qi)確定了一些可(ke)以(yi)期待的(de)東西。下面是(shi)研究(jiu)人員(yuan)期望外(wai)骨(gu)骼在士(shi)兵(bing)身上實現的(de)目標(biao)。
1、增大(da)(da)力量：士兵(bing)(bing)將(jiang)能(neng)(neng)夠(gou)攜帶更(geng)多的(de)武(wu)器和(he)軍(jun)需品。通過增大(da)(da)力量，士兵(bing)(bing)還(huan)將(jiang)能(neng)(neng)夠(gou)在行軍(jun)時移走途中的(de)大(da)(da)障礙(ai)物(wu)。它(ta)還(huan)將(jiang)使(shi)士兵(bing)(bing)能(neng)(neng)夠(gou)穿(chuan)上(shang)較(jiao)重(zhong)的(de)身體(ti)護(hu)(hu)甲和(he)其他防(fang)彈護(hu)(hu)具。20世紀60年代(dai)，通用電氣公司(GE)與美國軍(jun)方合作開發了一個外(wai)骨骼，稱為Hardiman。它(ta)使(shi)得舉起120公斤的(de)重(zhong)物(wu)就像舉起5公斤重(zhong)物(wu)那樣輕松。
2、提高速(su)度：普通人(ren)走(zou)路的(de)時速(su)為6至10公里(li)，但是士兵通常(chang)還要在(zai)(zai)背包里(li)攜帶重達約70公斤(jin)的(de)軍需品。在(zai)(zai)背負如此多的(de)重物時，即使是條件最好的(de)軍隊也難以很快行(xing)進。現在(zai)(zai)還不確定DARPA的(de)外骨骼將能夠走(zou)多快。不過測試表明，一(yi)種獨立(li)開發的(de)身體放大器彈簧行(xing)走(zou)器的(de)時速(su)可超(chao)過16公里(li)。
3、跳(tiao)得更(geng)高和更(geng)遠(yuan)：現在還(huan)不清楚穿上機(ji)械套裝將能(neng)(neng)夠跳(tiao)多遠(yuan)和跳(tiao)多高，但是軍方希望(wang)這(zhe)種(zhong)機(ji)器能(neng)(neng)夠幫助士兵跳(tiao)過(guo)降低(di)行軍速(su)度的一般障礙物。
總的(de)(de)來說(shuo)，士兵(bing)在(zai)不可預測的(de)(de)地形中長距離行(xing)軍時，此裝備可提高自(zi)己的(de)(de)耐久性。借助(zhu)增大的(de)(de)力量，他(ta)們還(huan)將(jiang)(jiang)能夠(gou)修復憑(ping)人(ren)體自(zi)身力量難(nan)以修復的(de)(de)重型設備。專家認為(wei)，由于增加了身體護甲(jia)，傷亡人(ren)數將(jiang)(jiang)變(bian)得更(geng)少(shao)。這些(xie)外(wai)骨骼機器(qi)還(huan)將(jiang)(jiang)配備傳感器(qi)和全球定(ding)位系(xi)統(GPS)接收器(qi)。利用這一技術(shu)，士兵(bing)可以了解有(you)關他(ta)們正在(zai)穿越的(de)(de)地形的(de)(de)信息，從而找出(chu)行(xing)進到指定(ding)位置(zhi)的(de)(de)最(zui)佳路(lu)線(xian)。DARPA還(huan)在(zai)開發與外(wai)骨骼配套使用的(de)(de)計算機化織(zhi)物，用于監視士兵(bing)的(de)(de)心率(lv)和呼吸率(lv)。
如(ru)果研制(zhi)順利，美國軍隊將普遍配備(bei)這些(xie)(xie)外骨(gu)骼(ge)，屆時將出現大(da)量可(ke)以跳得更高、跑得更快以及能舉(ju)起巨大(da)重(zhong)量的(de)超級士兵(bing)。然(ran)而，預期開發(fa)這些(xie)(xie)設備(bei)需要數年甚至數十年。在下一部分中(zhong)，你(ni)將了解負責開發(fa)這些(xie)(xie)外骨(gu)骼(ge)的(de)研究人(ren)員(yuan)所面臨的(de)一些(xie)(xie)障(zhang)礙。
DARPA不(bu)是第(di)一個嘗試建造外骨骼機械(xie)套(tao)(tao)裝(zhuang)的(de)(de)組織(zhi)。如(ru)前所述，GE在20世紀60年代便開發了稱為Hardiman的(de)(de)液壓和電動套(tao)(tao)裝(zhuang)。該(gai)套(tao)(tao)裝(zhuang)的(de)(de)問題是，它太過笨重（接近700公斤），根本不(bu)實用。今(jin)天(tian)有了更先進的(de)(de)材料，例如(ru)可(ke)用于(yu)建造更現代化(hua)的(de)(de)外骨骼的(de)(de)碳化(hua)纖(xian)維和其他材料。然而(er)，該(gai)項目也并非沒有挑戰(zhan)。
若要使外骨骼機(ji)器發揮(hui)作用(yong)，必須綜合考(kao)慮(lv)五種因素(su)：結構、能量(liang)、控制、促(cu)動和(he)生物(wu)機(ji)械學。每種因素(su)都有自己的(de)一(yi)系列挑戰。下(xia)面是DARPA概(gai)括的(de)一(yi)些挑戰：
1、構造材(cai)料：外骨骼必須(xu)用堅(jian)韌、輕質且有(you)彈(dan)性(xing)的復合材(cai)料制成。該材(cai)料自身還必須(xu)能夠抵御敵方火力，以保護穿(chuan)用者(zhe)。
2、能量源(yuan)：這(zhe)些限制(zhi)主要來(lai)自于(yu)(yu)能源(yuan)——現在(zai)所使用的(de)能源(yuan)裝(zhuang)置(zhi)實在(zai)是有(you)點支(zhi)持(chi)不了動力外骨骼(ge)的(de)能量消耗。補給能量之前，外骨骼(ge)具有(you)的(de)能量必須(xu)足以支(zhi)持(chi)24小時。此外，產生能量的(de)裝(zhuang)置(zhi)必須(xu)便于(yu)(yu)背挎。對于(yu)(yu)外骨骼(ge)研制(zhi)者而言，創(chuang)造出零噪音機器可能是最困難的(de)一項(xiang)任(ren)務(wu)。
3、控制：機器的控制必(bi)須是無縫的。使用者在(zai)穿上該設備后必(bi)須能夠正常活動。
4、促(cu)(cu)動(dong)(dong)：設計者必(bi)須使(shi)機(ji)器(qi)能夠順(shun)暢移動(dong)(dong)，以便穿用者不會(hui)太笨拙(zhuo)。與發動(dong)(dong)機(ji)一樣(yang)，促(cu)(cu)動(dong)(dong)器(qi)也必(bi)須安靜而高(gao)效。
5、生物(wu)機(ji)械學(xue)：外骨骼必(bi)須能(neng)夠左右和前后移(yi)動，就像人在(zai)戰場(chang)中(zhong)那樣(yang)行進。如果它沒(mei)有(you)這種能(neng)力，則穿用該套裝的(de)士兵(bing)就可能(neng)處于極其(qi)危險(xian)的(de)境地(di)。開發者設計的(de)結構必(bi)須像人體一樣(yang)帶(dai)有(you)可彎(wan)曲的(de)關節。
軍用外骨(gu)骼(ge)將(jiang)(jiang)是人(ren)類研制的(de)(de)(de)(de)最復雜的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)器之(zhi)一(yi)，它還能(neng)(neng)促(cu)(cu)進機(ji)(ji)器人(ren)的(de)(de)(de)(de)開(kai)發(fa)(fa)，令機(ji)(ji)器人(ren)更(geng)像(xiang)人(ren)類。外骨(gu)骼(ge)必須能(neng)(neng)夠(gou)感應人(ren)體活動(dong)并對其做出反(fan)應。它們還必須能(neng)(neng)夠(gou)將(jiang)(jiang)來自能(neng)(neng)量(liang)源的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)轉換為(wei)(wei)可用的(de)(de)(de)(de)促(cu)(cu)動(dong)能(neng)(neng)量(liang)，以輔(fu)助穿(chuan)用者開(kai)展活動(dong)。擺在(zai)開(kai)發(fa)(fa)者面前的(de)(de)(de)(de)挑戰是巨大的(de)(de)(de)(de)，為(wei)(wei)了開(kai)發(fa)(fa)出這種(zhong)外骨(gu)骼(ge)，新的(de)(de)(de)(de)設備和(he)發(fa)(fa)明也將(jiang)(jiang)不斷涌現。
精靈世界
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