从《明日边缘》走向现实世界 军用动力外骨骼编年史(全文)

　　武器装备一直是战争片的无名配角，但在科幻战争片中，充满设计感的未来武器装备往往超越故事和角色令人印象深刻。在《明日边缘》一片中，人类的军用动力外骨骼系统伴随着汤姆克鲁斯完成了从惜命菜鸟到惊天战神的苦逼大升级，令很多影友津津乐道。观影结束后，本人按时间年代顺序收集整理了军用动力外骨骼的相关介绍资料，希望能与同好者分享。（注：本文所有资料来自网络 )

　　在1986年电影《异形2》中的决战场景中，“女汉纸鼻祖“里普利借助“动力装载机”的独特装置与异形女王殊死搏斗。很多人都称是这部充满尸臭和粘液的科幻大片给了军事科技人员启发，从此美军开始研制能够提高单兵作战能力的辅助技术装备，即动力外骨骼(Powered Exoskeleton)。

　　遗憾的是动力外骨骼概念的最早提出者不是银幕工作者。早在1890年，俄罗斯科学家尼古拉斯•亚金就发明了可以辅助人们行走、跳跃和奔跑的动力外骨骼装置，这套装置非常简单，只是借助弹簧钢板达到行走省力的目的。

尼古拉斯•亚金的外骨骼专利

　　1917年，美国发明家莱斯利•凯利提出了被称为Pedomotor的外骨骼装置，这套装置以蒸汽动力为动力源，采用穿戴者背部的小型蒸汽机牵拉捆绑在腿部的钢索实现助力行走。以上两种装置距离实用化还差得很远，只是一种简单下肢的助力装置，并不能随人体自然完成复杂的动作。

Pedomotor外骨骼，穿戴者竟然要背一台小型蒸汽机！

　　1960年，美国通用电气公司首次提出增强人体机能的主动助力型外骨骼机器研究，开始了名为“哈迪曼-1”的动力外骨骼项目，但由于当时材料、机械设计、电子技术等诸多因素的限制，哈迪曼体积巨大，重约680公斤，整个系统由30个液压动力源和伺服随动铰链组成，采用主-从控制模式，虽然能将人类四肢的力量放大25倍，但非常的不稳定，对操作员不安全且只能替代人的一只手，因此实用价值几乎为零。但这个研究开创了人类研发动力外骨骼的先河，相信也多多少少影响了科幻电影工作者。

美国通用电气公司的“哈迪曼-1”

“哈迪曼-1”的机械手

　　1961年，基于当时不成熟的动力外骨骼技术，美国洛斯阿拉莫斯实验室开始了名为“皮特曼”（Pitman）的动力盔甲项目。今日大红大紫的钢铁侠的非常接近“皮特曼”（注：《钢铁侠》于1963年2月《悬疑故事》第39期首次亮相），“皮特曼”外形类似于宇航服的封闭式盔甲，自重227KG并能携带136KG的装备，外层盔甲由玻璃纤维和聚合物/陶瓷复合装甲制成，可抵御12.7毫米穿甲弹的射击，还具有核生化防护能力。穿戴者通过虚拟现实技术的头盔显示器来感知外界环境，这和钢铁侠如出一辙。即使以现在的标准来看“皮特曼”，其概念也是很先进的，如氢/氧燃料电池、内置辅助动力单元和空调、电动人造肌肉驱动、大脑意念感应操纵等技术，但就是这些过于先进的技术使该项目最终成为了空中楼阁。

“皮特曼”动力盔甲

　　1978年，美国麻省理工学院重新开始了动力外骨骼项目的研究，这套系统总重量11.7KG，能让穿戴者在负重36KG的情况下保持每秒1米的行走速度，并将80%的负重传递到地面，同时里程碑式的采用了弹簧储能和变阻尼器关节驱动。这套系统虽然至今尚未成功，但却为日后动力外骨骼装置的设计确定了框架。

1978年麻省理工学院研制的动力外骨骼

　　1983年，坐落于美国盐湖城的Sarcos公司开始研究动力外骨骼项目，来自犹他大学的创始人斯蒂芬·雅克布森（Stephen Jocabsen）将这个项目称之为XOS。XOS的控制原理类似于飞机的线性传导控制，在精心挑选的位置设置力传感器，当穿戴者移动肢体开始动作时，受力的传感器立即通知中控电脑，电脑通过高速计算外骨骼采取何种动作来帮助穿戴者，然后指示恰当位置的液压元件移动活塞完成动作，使穿戴者可以轻松连续500次举起放下90kg的杠铃。虽然这套系统自带的电池只能使用40分钟，存在能耗大的严重缺陷，但依然在2000年获得美国国防部高级研究计划署的1000万的资金赞助。

Stephen Jocabsen与XOS

　　2000年，美国国防部高级研究计划署（简称DARPA，该机构资助研发了互联网传输控制协议/互联网协议）发布了“增强人体机能的外骨骼”项目（简称EHPA）的研制招标书，提出以下4个方面的要求：1.外骨骼系统必须使用坚固、轻型且有弹性的材料。这种材料必须能够保护穿戴者，以大幅度减少伤亡。2。外骨骼系统携带的能源必须能够维持24小时的工作，而且必须轻且完全无声。3.外骨骼系统必须能够同步士兵的动作，能够加强士兵的力量并模仿士兵的各种动作，包括战场上的前后左右移动躲闪。目标是让士兵背负更大质量的同时仍然能够跑得更快、跳得更高更远。4.这套系统必须采用流畅、高效且完全无声的液压元件。计划启动后，共有3个单位获选分别进行EHPA的初期研制工作，分别是橡树岭国家实验室、加州大学伯克利分校和Sarcos公司。

　　值得一提的是，美国“千年喷气机”公司曾为EHPA计划研制了一款名为SoloTrekXFV的外骨骼飞行器，这套飞行系统能够持续续航2个小时，噪音低，无线电和红外线信号弱，对战场后期保障要求也很低，士兵只需用左手操作油门，右手操纵一个3轴的操作杆就可以飞行。这套堪比蝙蝠侠的飞行装备出现时曾备受军方关注，然后……然后就不了了之了。

SoloTrekXFV外骨骼飞行器

　　2004年，加州大学伯克利分校发布了伯克利下肢外骨骼（简称BLEEX）,BLEEX采取人体行走动作充电的方案,电源可维持20小时,最大负载可达45kg，在最大负载时，穿戴者的氧气消耗量比自力负担同样质量要少15%。伯克利分校推出的第二代BLEEX在零部件微型化方面很有成效，所有的电子线路和许多机械部件都容纳在金属管内。但由于发电装置影响到行走步态，所以使用者消耗的能量反而较多。

BLEEX

　　2005年，Sarcos公司的XOS在众多EHPA方案中脱颖而出。从2006年起，Sarcos公司开始独挑大梁研制美国军用动力外骨骼。而在同年，美国洛克希德马丁公司对加州大学伯克利分校的第二代BLEEX系统，进行了重新设计并试制了演示样机，改称为Human Universal Load Carrier，（简称HULC）

　　2007年11月，Sarcos公司被世界第六大军火商—雷神公司（Raytheon Sarcos）收购，开始研制第二代XOS 2外骨骼。2008年4月28日，雷神公司宣称XOS已获得显著成功，但仍在继续改进，美军于2009年开始测试经过改进的型号。

　　2009年2月26日，洛克希德马丁公司的HULC正式公布。HULC重24KG，由钛金属制成，采用两块总重3.6KG的锂聚合物电池电池驱动，一次充满电可保证穿戴者以4.8公里/小时的速度背负90KG重物持续行进一个小时，最高速度则可达到16公里/小时。HULC平时收纳在一个很小的拉杆箱里，使用时穿戴时间不超过30秒，士兵使用时只需要把脚踩在托盘上，固定好大腿、腰部和肩部的系带，HULC的感应器就会自动侦测穿戴者的行动意图，然后驱动液压组件做出相应的动作，保证HULC的动作与穿戴者的动作一致。试验显示，穿上HULC后能够明显降低人体对氧气的消耗量。据统计，在试验人员穿戴上HULC并背负36.7KG的物资以每小时3.2公里的速度行进时，其对氧气的消耗量量可比不穿HULC时减少大约15%。HULC没有双臂助力，在提举重物时只能通过胸前的吊臂进行。洛克希德预计在2014年可以量产HULC，预定售价25000美元。

HULC

　　2009年10月27日，俄国防部第3中央研究所所长弗拉基米尔·博伊科宣布将斥资3500万美元在2015年前开发出“勇士-21”可穿戴式外骨骼，装备这套系统后步兵满负荷行进时速度可达到16公里/小时。“勇士-21”外骨骼系统的金属材料采用纳米技术，与第一代外骨骼相比，重量减少了14KG，大大提高士兵的机动性，这将有效提高传统步兵的战斗力，并给俄陆军带来革命性转变。但“勇士-21”在开发上面临的最大困难是持久动力源，它必须功率强大，且无噪音，而俄罗斯现有工业基础无力提供这样的动力装置和特种燃料。此外，“勇士-21”的单个外骨骼组件也有待完善设计。

勇士-21

　　2010年9月，雷神公司在其位于美国犹他州盐湖城的研究机构内推出了XOS 2。XOS 2比第一代外骨骼重量更轻、速度更快、能力更强，同时其耗电量降低了50%，并利用高压液压驱动，分为作战型和后勤型两种型号，作战型只有腿部和腰部附件，后勤型增加了双臂助力。XOS 2向实用化迈进了一步，被美国时代杂志列为2010年的50大发明之一。

XOS 2后勤型

　　2011年，法国某防务公司在国际军警保安器材展上，展出了其与法国武器装备总署联合研制的名为“大力神”(HERCULE)的协同可穿戴式外骨骼，旨在使穿戴者能够轻松携带重物，辅助士兵并增强其在战场上的负重能力和持久作战能力。“大力神”外骨骼主要由机械腿(结合有机械装置、计算机和电子装置)和背部支撑架组成，使穿戴者能够轻松背负重物。该外骨骼不久还将配装机械臂，以使穿戴者能够搬运重物。“大力神”外骨骼的独特之处在于不采用无线电控制，能够自动探测到肢体运动，随后根据支持意图代替穿戴者执行这一动作。与其他竞争项目不同的是，“大力神”外骨骼采用专利技术，具备出色的性能和密实度。“大力神”可携带100KG重物，其电池可使穿戴者以4千米/小时的速度行进5小时。

法国“大力神”(HERCULE)3D效果图

　　随着动力外骨骼技术的逐渐成熟，为外骨骼加上盔甲制造出动力盔甲再次被提上日程。雷神公司已经在设计第三代XOS 3动力盔甲系统，盔甲由模块化铝合金和复合材料制成，液压管路统统遮蔽在内部，从而大大提高人员和系统的生存力。而美国陆军不久前公布的动力盔甲模型，堪称“陆地简化版”的钢铁侠，据说这套盔甲可能会使用革命性的“液态金属”装甲技术，这种材料通过电流与磁场的感应作用能在1毫秒内固化，足以抵挡子弹或爆炸碎片袭击。此外在穿戴者受伤时，盔甲能自动提供氧气并止血。

美国陆军动力盔甲模型

　　至于我们天朝的军用动力外骨骼……图为2013年南京军区南京总医院拍摄。

相关报道中没有任何数据介绍，只有对党和国家的无比热爱……额……我很无语……

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