動力外骨骼(ge)，最初出(chu)現在(zai)科幻(huan)小(xiao)說中的(de)機械及電(dian)子設備，是(shi)一(yi)種能(neng)夠增強人體(ti)能(neng)力的(de)可(ke)穿戴機器。它(ta)能(neng)夠幫(bang)助(zhu)人們(men)跑得更快、跳得更高、能(neng)夠攜帶(dai)更多(duo)更重的(de)東西，并(bing)且幫(bang)助(zhu)穿戴它(ta)的(de)人在(zai)戰場、建筑工(gong)地或(huo)者其它(ta)有(you)危險的(de)地方生存下來。這(zhe)項(xiang)技術已經有(you)二十多(duo)年的(de)歷史，但是(shi)出(chu)于技術原因(yin)，這(zhe)些裝置現在(zai)還沒有(you)廣泛應用，只在(zai)實驗(yan)室或(huo)者試驗(yan)場里閃閃發(fa)亮。
動力(li)外(wai)骨(gu)骼通過傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)來收集使(shi)用(yong)(yong)者的(de)活動信(xin)息，這些信(xin)息傳遞給(gei)信(xin)息處理(li)器(qi)(qi)(qi)進行處理(li)，然后啟動相應的(de)機(ji)械(xie)部件來輸(shu)出(chu)能(neng)量。在動力(li)外(wai)骨(gu)骼中可以使(shi)用(yong)(yong)的(de)傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)種類很多(duo)，包括角辨向(xiang)器(qi)(qi)(qi)、肌(ji)電傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)、地面傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)、肌(ji)肉(rou)壓(ya)力(li)傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)等(deng)等(deng)。同樣，用(yong)(yong)于輸(shu)出(chu)的(de)機(ji)械(xie)系統也(ye)有很多(duo)選(xuan)擇，目前(qian)液壓(ya)系統和氣壓(ya)系統是比較常見(jian)的(de)。
在(zai)(zai)某些意(yi)(yi)義上，動(dong)力外骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)(ge)(ge)可能比《終結者(zhe)》中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)T600那樣的(de)(de)(de)(de)(de)機器(qi)人(ren)(ren)更復雜。動(dong)力外骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)(ge)(ge)需要在(zai)(zai)極短的(de)(de)(de)(de)(de)時間內判(pan)斷(duan)出使(shi)用(yong)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)作(zuo)(zuo)意(yi)(yi)圖，并(bing)且(qie)給予恰(qia)如(ru)其(qi)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)幫助。現在(zai)(zai)最成熟的(de)(de)(de)(de)(de)軍用(yong)動(dong)力外骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)(ge)(ge)采用(yong)肌(ji)(ji)肉壓力傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)收(shou)集用(yong)戶動(dong)作(zuo)(zuo)。當人(ren)(ren)彎(wan)曲手肘時，上臂(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)肌(ji)(ji)肉纖(xian)維組織(zhi)會(hui)緊靠(kao)在(zai)(zai)一起(qi)，從(cong)而牽動(dong)肌(ji)(ji)鍵運動(dong)，直觀表(biao)現就是肌(ji)(ji)肉隆起(qi)。在(zai)(zai)動(dong)力外骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)(ge)(ge)與(yu)皮膚接觸的(de)(de)(de)(de)(de)肌(ji)(ji)肉壓力傳(chuan)感(gan)器(qi)收(shou)集肌(ji)(ji)肉收(shou)緊的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度和方(fang)向(xiang)，從(cong)而感(gan)應到(dao)操縱者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)作(zuo)(zuo)意(yi)(yi)圖。它(ta)會(hui)把收(shou)集得到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)據(ju)資料傳(chuan)達給信息處理器(qi)——這是一個安裝在(zai)(zai)背部的(de)(de)(de)(de)(de)“背包”，可以(yi)看成一臺電腦——信息處理器(qi)計(ji)算如(ru)何移動(dong)外骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)(ge)(ge)讓使(shi)用(yong)者(zhe)用(yong)力最小(xiao)，然(ran)后再把指(zhi)令傳(chuan)遞(di)到(dao)相關(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)節(jie)，通過關(guan)節(jie)內部的(de)(de)(de)(de)(de)液壓機構傳(chuan)動(dong)裝置產生精確(que)的(de)(de)(de)(de)(de)力量，從(cong)而做(zuo)到(dao)與(yu)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)作(zuo)(zuo)同(tong)步。當然(ran)，實際上還(huan)是有一點時滯(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)，但是時滯(zhi)被控制在(zai)(zai)無法察覺的(de)(de)(de)(de)(de)程度。在(zai)(zai)現代信息技術的(de)(de)(de)(de)(de)幫助下(xia)，動(dong)力外骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)(ge)(ge)以(yi)每秒數(shu)千次的(de)(de)(de)(de)(de)速度調整全身每一個關(guan)節(jie)，讓使(shi)用(yong)者(zhe)幾乎察覺不到(dao)它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)。
早在1960年(nian)，通用電(dian)氣就(jiu)開(kai)始(shi)了(le)(le)機械外骨骼的(de)(de)研(yan)究，但是當時他們開(kai)發的(de)(de)設備(bei)只(zhi)有一(yi)只(zhi)手。麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）從1978年(nian)也開(kai)始(shi)了(le)(le)研(yan)究，但是目前(qian)看起來比較有希望(wang)的(de)(de)是一(yi)家坐(zuo)落在鹽湖(hu)城的(de)(de)公(gong)司。這家叫做Sarcos的(de)(de)公(gong)司在1983年(nian)就(jiu)開(kai)始(shi)了(le)(le)這方面的(de)(de)探(tan)索，公(gong)司創始(shi)人斯(si)蒂(di)芬·雅克布森（Stephen Jocabsen）親切(qie)地叫它XOS。2000年(nian)XOS從14個(ge)類(lei)似的(de)(de)裝(zhuang)備(bei)中脫(tuo)穎而出，被(bei)美國國防部(bu)高級(ji)研(yan)究計(ji)劃署(shu)——就(jiu)是這個(ge)機構發明了(le)(le)互聯(lian)網——選中，并且把打算它應用在軍隊(dui)中。這項(xiang)研(yan)究在高級(ji)研(yan)究計(ji)劃署(shu)的(de)(de)資金支持下開(kai)始(shi)迅速(su)發展，后來Sarcos被(bei)美國一(yi)家國防部(bu)承(cheng)包(bao)商雷神（Raytheon）公(gong)司收購，有望(wang)能在2008年(nian)推出成品，并且在2009年(nian)進行戰場實驗。
除了(le)(le)軍方外(wai)，動力外(wai)骨骼(ge)(ge)在民用領(ling)域(yu)也(ye)大(da)有可為(wei)。日本筑波大(da)學的(de)(de)機(ji)械人(ren)專家三階吉(ji)行(xing)和他的(de)(de)同事們在2004年(nian)創建了(le)(le)一個叫(jiao)做“Cyberdyne”的(de)(de)公司，開始把(ba)他們花了(le)(le)十年(nian)時間研制的(de)(de)動力外(wai)骨骼(ge)(ge)推向(xiang)市場(chang)。這種動力外(wai)骨骼(ge)(ge)叫(jiao)做HAL，是人(ren)體輔助義肢（Hybrid Assistive Limb）的(de)(de)縮寫(xie)，主(zhu)要用于醫(yi)療領(ling)域(yu)，幫助殘障者行(xing)動和傷患復健，以及為(wei)護士們助力。現在已經有了(le)(le)上市的(de)(de)產品(pin)，當然，和軍用標準相距甚遠(yuan)。
現在，美國(guo)國(guo)防部(bu)研究計劃署(shu)（DARPA）投資五(wu)千(qian)萬美元為(wei)地(di)面部(bu)隊開發外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼(ge)套裝。這(zhe)(zhe)種可穿戴(dai)的(de)(de)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)系統(tong)可以(yi)使士(shi)(shi)兵(bing)能夠跑得更(geng)(geng)快、攜帶更(geng)(geng)重的(de)(de)武器(qi)(qi)以(yi)及跳過(guo)較大(da)的(de)(de)障礙物(wu)。外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼(ge)在非(fei)軍(jun)事領域的(de)(de)應用潛力(li)同(tong)樣十(shi)分巨大(da)。2000年，DARPA征求(qiu)人(ren)體能力(li)增(zeng)強系統(tong)的(de)(de)建議書(shu)，很快將會簽約(yue)并開始(shi)外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼(ge)的(de)(de)開發。軍(jun)方機(ji)構稱，對這(zhe)(zhe)種新(xin)技術的(de)(de)測(ce)試至(zhi)少要(yao)在十(shi)年之后(hou)才能進行(xing)，而要(yao)士(shi)(shi)兵(bing)能夠穿上(shang)這(zhe)(zhe)些身體加強系統(tong)參加戰(zhan)斗(dou)，則可以(yi)需(xu)要(yao)更(geng)(geng)長的(de)(de)時(shi)間(jian)。根(gen)據預測(ce)，這(zhe)(zhe)些外(wai)(wai)(wai)骨(gu)(gu)骼(ge)系統(tong)能夠提高(gao)士(shi)(shi)兵(bing)的(de)(de)力(li)量和速度，而且還能通過(guo)內(nei)置的(de)(de)計算(suan)機(ji)輔助士(shi)(shi)兵(bing)在國(guo)外(wai)(wai)(wai)領土行(xing)軍(jun)。但是，這(zhe)(zhe)種系統(tong)仍(reng)存在一些問題，包括如(ru)何(he)為(wei)這(zhe)(zhe)些機(ji)器(qi)(qi)提供能量，它(ta)們將如(ru)何(he)響應人(ren)體動(dong)作等(deng)。
DARPA外骨(gu)骼計(ji)劃的(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)標是(shi)讓普通士(shi)(shi)兵變成可(ke)以(yi)(yi)跳(tiao)過較高物體和(he)高速奔跑的(de)(de)(de)(de)(de)超級士(shi)(shi)兵。該計(ji)劃現(xian)在(zai)仍處于初期(qi)階段，所(suo)以(yi)(yi)這些可(ke)穿(chuan)戴(dai)機(ji)器的(de)(de)(de)(de)(de)具體細節仍然非常模糊。不過DARPA已(yi)經為這些可(ke)穿(chuan)戴(dai)機(ji)器確定了一(yi)些可(ke)以(yi)(yi)期(qi)待的(de)(de)(de)(de)(de)東西。下面是(shi)研究(jiu)人員期(qi)望外骨(gu)骼在(zai)士(shi)(shi)兵身上實現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)標。
1、增大(da)(da)力量：士(shi)(shi)兵將(jiang)(jiang)能夠(gou)攜(xie)帶更多的(de)武器和軍(jun)需品。通過增大(da)(da)力量，士(shi)(shi)兵還將(jiang)(jiang)能夠(gou)在(zai)行(xing)軍(jun)時移走途中的(de)大(da)(da)障礙(ai)物。它還將(jiang)(jiang)使士(shi)(shi)兵能夠(gou)穿上(shang)較重的(de)身體護(hu)甲(jia)和其(qi)他防(fang)彈護(hu)具。20世紀(ji)60年代，通用電氣公司(GE)與美國軍(jun)方合作開發了(le)一個外骨(gu)骼，稱為Hardiman。它使得舉起120公斤的(de)重物就(jiu)像舉起5公斤重物那樣輕(qing)松(song)。
2、提高速度：普(pu)通人走路的時速為6至10公里，但是士兵(bing)通常(chang)還(huan)要(yao)在(zai)背包里攜帶重達約70公斤的軍需(xu)品。在(zai)背負如(ru)此多的重物時，即使是條件最好(hao)的軍隊(dui)也難以很快(kuai)行(xing)進(jin)。現在(zai)還(huan)不確(que)定(ding)DARPA的外骨骼將(jiang)能夠(gou)走多快(kuai)。不過(guo)測試表明，一(yi)種(zhong)獨立開發的身體放大器彈簧行(xing)走器的時速可超(chao)過(guo)16公里。
3、跳(tiao)得更高和更遠：現在還(huan)不清楚穿上機械套裝將能(neng)夠跳(tiao)多(duo)遠和跳(tiao)多(duo)高，但是軍(jun)方希望這種機器能(neng)夠幫助士兵跳(tiao)過(guo)降低行(xing)軍(jun)速度的(de)一般障礙物。
總的(de)來說，士兵(bing)(bing)在不可預測的(de)地形(xing)中長(chang)距離(li)行軍時，此裝備(bei)可提高自己的(de)耐久(jiu)性。借助增大的(de)力(li)量，他們還(huan)將能(neng)夠修復憑人體自身(shen)力(li)量難以修復的(de)重型設備(bei)。專家(jia)認為，由于增加了(le)身(shen)體護甲，傷亡人數將變得更少。這(zhe)(zhe)些外骨骼機器(qi)還(huan)將配備(bei)傳感(gan)器(qi)和全球(qiu)定位系統(GPS)接收器(qi)。利用這(zhe)(zhe)一技術，士兵(bing)(bing)可以了(le)解有關他們正在穿越的(de)地形(xing)的(de)信(xin)息(xi)，從而(er)找出(chu)行進到指定位置的(de)最佳(jia)路線。DARPA還(huan)在開發與外骨骼配套使用的(de)計算機化(hua)織物，用于監視(shi)士兵(bing)(bing)的(de)心率和呼吸率。
如果研(yan)制順利(li)，美國軍(jun)隊將(jiang)(jiang)普遍配(pei)備這(zhe)(zhe)些(xie)外(wai)(wai)骨骼(ge)，屆時(shi)將(jiang)(jiang)出(chu)現大(da)量可以(yi)跳得更(geng)高、跑得更(geng)快以(yi)及能舉起巨(ju)大(da)重量的超(chao)級士兵。然而，預(yu)期開發這(zhe)(zhe)些(xie)設備需要數年(nian)甚至數十年(nian)。在(zai)下一部分中，你(ni)將(jiang)(jiang)了(le)解負(fu)責開發這(zhe)(zhe)些(xie)外(wai)(wai)骨骼(ge)的研(yan)究人(ren)員所面(mian)臨(lin)的一些(xie)障礙(ai)。
DARPA不是第一個嘗試建造(zao)外骨(gu)骼機械套裝(zhuang)的(de)(de)(de)組織。如前所述(shu)，GE在20世紀60年代便開發了(le)稱為(wei)Hardiman的(de)(de)(de)液(ye)壓和(he)電動套裝(zhuang)。該套裝(zhuang)的(de)(de)(de)問題是，它太過(guo)笨重（接近700公斤），根(gen)本不實用。今(jin)天有(you)了(le)更先進的(de)(de)(de)材料(liao)，例如可用于建造(zao)更現(xian)代化的(de)(de)(de)外骨(gu)骼的(de)(de)(de)碳化纖維和(he)其他材料(liao)。然而，該項(xiang)目(mu)也并非(fei)沒(mei)有(you)挑戰(zhan)。
若要(yao)使外(wai)骨骼機(ji)器發揮作用，必須(xu)綜合考(kao)慮五種(zhong)因(yin)素：結(jie)構、能量、控制(zhi)、促(cu)動和生物機(ji)械(xie)學(xue)。每種(zhong)因(yin)素都有(you)自己(ji)的(de)(de)一(yi)(yi)系列挑(tiao)戰(zhan)。下面(mian)是(shi)DARPA概括(kuo)的(de)(de)一(yi)(yi)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)：
1、構造材(cai)料(liao)(liao)：外骨骼必須(xu)(xu)用(yong)堅韌、輕質且(qie)有(you)彈性的復合材(cai)料(liao)(liao)制(zhi)成。該材(cai)料(liao)(liao)自(zi)身還(huan)必須(xu)(xu)能夠抵御敵方火(huo)力(li)，以保護穿用(yong)者。
2、能(neng)量(liang)源(yuan)：這些(xie)限制(zhi)主要來自于(yu)能(neng)源(yuan)——現在所使用(yong)的(de)(de)能(neng)源(yuan)裝置實在是有點支(zhi)持不了動力外(wai)(wai)(wai)骨骼(ge)(ge)的(de)(de)能(neng)量(liang)消耗。補給能(neng)量(liang)之前，外(wai)(wai)(wai)骨骼(ge)(ge)具有的(de)(de)能(neng)量(liang)必(bi)須足以支(zhi)持24小(xiao)時。此外(wai)(wai)(wai)，產生能(neng)量(liang)的(de)(de)裝置必(bi)須便于(yu)背挎。對于(yu)外(wai)(wai)(wai)骨骼(ge)(ge)研制(zhi)者而言(yan)，創造出零噪(zao)音機器可能(neng)是最困(kun)難的(de)(de)一項任(ren)務。
3、控制(zhi)：機器的控制(zhi)必須是無(wu)縫的。使用者(zhe)在穿上(shang)該設備后必須能夠正常活動。
4、促(cu)動(dong)：設計者必(bi)須使機器(qi)能夠順暢移動(dong)，以便穿用(yong)者不會太(tai)笨(ben)拙。與(yu)發動(dong)機一樣，促(cu)動(dong)器(qi)也必(bi)須安靜而(er)高效。
5、生(sheng)物機械學：外(wai)骨(gu)骼必須能夠左右和前后(hou)移(yi)動，就像人在戰場(chang)中那樣(yang)行進。如果它沒有這(zhe)種能力，則穿用該套(tao)裝(zhuang)的(de)士兵就可(ke)能處于極其危險的(de)境地。開發(fa)者設計的(de)結構必須像人體一樣(yang)帶有可(ke)彎曲的(de)關節(jie)。
軍用外(wai)骨骼將是(shi)人(ren)(ren)類研制(zhi)的(de)(de)最復(fu)雜的(de)(de)機(ji)(ji)器(qi)之(zhi)一，它(ta)還能(neng)(neng)促進機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)的(de)(de)開發，令(ling)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)更像人(ren)(ren)類。外(wai)骨骼必(bi)須能(neng)(neng)夠感應人(ren)(ren)體活動并(bing)對其(qi)做出(chu)反(fan)應。它(ta)們還必(bi)須能(neng)(neng)夠將來自(zi)能(neng)(neng)量(liang)源的(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)轉換為可(ke)用的(de)(de)促動能(neng)(neng)量(liang)，以輔(fu)助穿用者(zhe)開展活動。擺在開發者(zhe)面前的(de)(de)挑戰是(shi)巨大的(de)(de)，為了開發出(chu)這種外(wai)骨骼，新的(de)(de)設備和發明也將不斷涌(yong)現。
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