人和動物的根本區别,是會不會創造和使用工具。從有文明記載開始,人類一直在利用自己創造的外部工具來強化自身,同時也會大開腦洞,幻想出更強大的"工具",并且逐步将這些"幻想"變成現實。近年來不斷發展的"外骨骼",就是一個典型的例子。人們曾經幻想着用輕便的機械來大幅度提升身體機能,現在也即将變成現實。
"鋼鐵俠"的高科技外骨骼戰甲
數十年以來,"外骨骼"的概念曾多次在科幻電影中出現過。像是電影《鋼鐵俠》裡的戰甲,《明日邊緣》和《流浪地球》裡的科技外骨骼,可以說都是理想的終極裝備。但科幻畢竟還不是現實。由于現代科技水平的限制,這些強大的外骨骼暫時無法被還原,其中一個重要原因就是沒有功率強大的外骨骼能量源。
印度達人自研"鋼鐵俠戰甲"外骨骼
當然也有無能量源的機械外骨骼,但其各項屬性都與有能量源的版本相差甚遠。比如近期很火的一位印度達人創造的印度版的"鋼鐵俠戰甲"外骨骼。隻見該戰甲"全身是炮",上下都能開火,可謂是武裝到了牙齒。據發明者稱,他希望這身戰甲能幫印度士兵抵抗外敵。但從該戰甲的演示畫面來看,它身上的"槍炮"好像并不能發射真正的彈藥,應該隻能發射煙花和炮仗。而且該戰甲最大的弊端就是沒有任何能量源,全靠使用者的一身力氣操控。這就會導緻人員移動緩慢,成為戰場上的活靶子。所以這件印度版的"鋼鐵俠戰甲"應該不能幫助印度士兵抵抗外敵,自保可能都比較困難。但無論如何,這種動手去創造的精神還是值得肯定的…
印度版的"鋼鐵俠戰甲"外骨骼演示
相比之下,一些大國在解決外骨骼能量源的問題上已經"初窺門徑"。自2001年開始,美國國防高級研究計劃局等多家機構就決心要克服外骨骼發展上的技術問題,并投入的大量的資金和人力。2003年,第一個功能性的承重和能量自主供應的外骨骼——"伯克利低位肢體外骨骼"問世,使用車載電源為其提供動力。該外骨骼将自動機械支柱與人的雙腿相連,以降低負重,從而使步兵能在高負重的情況下行進更長的路程。據開發者稱,"伯克利低位肢體外骨骼"可讓使用者在負重75磅(約34公斤)的情況下以每小時2英裡(約3.2公裡)的速度行進,且感知重量僅為2公斤。但由于車載電源本身過大過重,"伯克利低位肢體外骨骼"也隻能算是個原型機。
美國"伯克利低位肢體外骨骼"
多年後,美軍在外骨骼能量源的研發上再次獲得了突破性進展。2018年5月,美國特種作戰司令部表示,将在一年内開始對安裝有裝甲的動力外骨骼系統進行實兵測試。這種名為"戰術突擊輕型特種兵服裝"的外骨骼系統集成了美軍一系列的先進科技,由一層内襯;一層外骨骼;一層機器人骨骼;和一層裝甲組成,可為士兵提供從頭到腳的全面防護。有美媒形容這種裝置真的像"鋼鐵俠"的動力裝甲一樣,将能夠讓特種部隊士兵具備超越常人的作戰能力。
美軍研發的"戰術突擊輕型特種兵服裝"
該外骨骼系統此前曾使用锂聚合物電池為能量源,但現在已被放棄。其項目負責人詹姆斯·米勒上校表示,現在該系統的能量源是一種固态氧化物燃料電池,這種電池最早在日本用來為建築物供電。他還稱"我們已經把它進行了小型化,它現在隻需要一種燃料就能工作。"
據悉,固體氧化物燃料電池與其說是電池,不如說是一種特殊發電機。其工作溫度高達近千度,而且體積較大相對複雜。如果真如米勒上校所說,美軍已經可以固體氧化物燃料電池小型化,變成單兵可用的尺寸,那麼對解決外骨骼能量源問題來說,将具有飛躍性的意義。試想一下,如果将一棟大樓的所需能源全部集中在一名士兵身上,将會變成多麼強大的能量……但這種說法還有待考證,因為至今沒有任何報道表明美軍已經應用了這種新型外骨骼能量源。
除美國之外,中國和俄羅斯也在發展自己的外骨骼系統。美國研發單位海軍分析中心專家班德特曾表示,中國和俄羅斯在投資外骨骼的科技研究方面,與美國并駕齊驅。
中國在近年來也發布了多款外骨骼系統。以中國兵器工業集團西北機電工程研究所研制的第二代"穿戴式外骨骼助力機器人"為例,其功能和技術指标已基本達到美國洛克希德·馬丁公司發布的人體負重支撐系統(HULC)的相關指标,且掌握了全部核心關鍵技術并擁有全部知識産權。
中國自主研發的數款動力外骨骼系統
該型外骨骼系統額定負重50公斤,能以每小時4至4.8公裡的速度行進,動力電池可連續工作4小時。穿戴也十分方便快速,單人穿戴時長約2分鐘,旁人輔助穿戴僅需40秒,脫卸需30秒并可折疊運輸。該外骨骼應用領域十分廣泛。據官方介紹,第二代"穿戴式外骨骼助力機器人"可作為單兵作戰平台,與無人系統高度融合後形成強大靈活的作戰能力,可能深刻改變現有作戰模式;也能作為支援保障類裝備,增強士兵的負重與機動能力,協助完成高原山地環境軍用物資運輸、野外彈藥補給、戰場救援、抗震搶險救災、狹小空間物資搬運等高負荷高強度任務,可大幅提高士兵對缺氧環境的耐受力;還可以通過專項設計拓展應用于核工業全封閉穿戴式輻射防護服、航天員太空助力等領域。
不僅如此,中國的外骨骼技術也逐步實現民用化。 近期以來,相關企業使用動力外骨骼開展送快遞,送外賣的工作就是最好的例證。
中國研制的民用外骨骼
相對中美,俄羅斯在外骨骼上的研發可能就略遜一籌了。2017年,俄羅斯對外展示了其自主研發的"勇士-21"可穿戴式外骨骼。該型外骨骼由背包式外架、金屬腿及相應動力設備組成,使用其背包中的液壓傳動系統和箱式微型空速傳感儀作為能量源,可在滿負荷的狀态下以每小時16公裡的速度行進。但當時有分析稱,"勇士-21"外骨骼還不完善,包括能量源在内的許多問題沒有得到解決。當時的俄羅斯還沒有研制出功率強大,且無噪音的動力裝置和特種燃料。這也迫使俄羅斯軍方"另辟蹊徑",研發了數款無外部動力,不需要能量源的機械外骨骼。
俄羅斯"模塊化運輸外骨骼系統"
去年俄羅斯就公開了俄軍特種部隊開始接收模塊化運輸外骨骼系統的消息。該模塊化運輸外骨骼使用航空複合材料制作,可長途運輸大型、重型物體,最大負重可達100公斤。背部還設計有固定載重機架,可安裝如單兵火箭,反坦克導彈,反恐導彈,機槍等重火力武器裝備。即便強悍如此,在俄羅斯無法解決外骨骼動力源的問題之前,這或許也隻是無奈之舉。
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