未来:人人都是“钢铁侠”

图文: | 2016-07-01

导语: 近日,科幻大片《明日边缘》在影院热映。片中,阿汤哥凭借一身机械战甲获得了强大火力与行动能力,无数次与外星人激战。其实,阿汤哥穿的这类机械装置有一个“学名”——机械外骨骼,在科幻片中早已屡见不鲜,其中最典型的莫过于《钢铁侠》。在现实中,机械外骨骼也是机械、电子、国防军工等领域的热门研究课题,一些设计已经从图纸、模型进入到试验、生产阶段。从科幻到现实,这次,你的想象力跟上时代的步伐了吗?

不知道它,你就落伍了

最近,有两件事说明如果不知道机械外骨骼,你就真的有点儿落伍了。一是巴西世界杯开幕式上一位瘫痪青年在脑控外骨骼的帮助下为本届世界杯开出了第一个球;二是科幻电影《明日边缘》里地球战士凭借一身从头到脚完全覆盖的机械外骨骼获得了与强大外星人抗衡的力量。前者是真实世界的焦点,后者是电影科技的幻想,现实与幻想在“机械外骨骼”这一概念上完美交汇。

究竟什么是“机械外骨骼”呢?简单来说,它是一种可穿戴机械装置,将人的智力与外部机械装置的机械动力结合,用以给人提供额外的支撑力、动力或其它能力,提升人的速度、力量和耐力等。由于其安装位置和产生的作用类似于人体骨骼,故将其称为机械外骨骼(英文是exoskeleton)。

人人该有一副钢筋铁骨

事实上,机械外骨骼并不是一个特别新鲜的科技概念。早在19世纪末期,就有人曾提出过一些穿在人身上的行走辅助装置,它们可以看作是机械外骨骼的始祖。自20世纪60年代以来,美国、日本、俄罗斯和以色列等国家相继投入到机械外骨骼的正式研究之中。机械外骨骼研究为什么会越来越火、越来越受重视呢?究其原因是机械外骨骼拥有广泛的应用前景。


1.  打造钢铁战士

目前,美国研发的XOS系列外骨骼机械衣能让穿着它的军人轻松举起约90公斤重的物体、重复击穿近8厘米厚的木板、身背重物而几乎无负重感且行动自如等等。想象一下,未来,如果给士兵人人配备一套动力强劲、装备了先进的武器系统和通讯系统的机械外骨骼,士兵的机动能力和战斗能力无疑将大大提高,甚至可能成为《钢铁侠》、《明日边缘》等电影里的超级钢铁战士,未来战争面貌也将因此彻底改变。

2.  战胜残障

除了打造钢铁战士,让肢体有残疾的人行动自如是机械外骨骼研究的另一宏伟目标。就像在巴西世界杯开幕式上开球的瘫痪青年一样,未来,机械外骨骼将成为残疾人的新“义肢”。

3.  抵御衰老

如果将来机械外骨骼得以普及,老年人能够像佩戴老花镜一样容易地穿戴一套机械外骨骼,他们就能像年轻人一样跑步、登山,完成年轻人能够完成的任何体力劳动。在体力允许的范围内,机械外骨骼掩盖了老人与年轻人的力量差距,这难道不是抵御衰老、解决老龄化难题的一种途径吗?


除此之外,机械外骨骼还可应用于医疗护理、救援、消防、登山、旅游等任何需要提高人的力量或行动能力的领域。如果将来机械外骨骼的售价就跟今天的iPad一样,我想,人人都会装备这么一副钢筋铁骨吧。

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机械外骨骼是如何操控的?

机械外骨骼是如何像人的“影子四肢”一样根据人的意愿实现自如运动的呢?总体来看,主要有三种不同的方式:

一是利用机械外骨骼上的各种传感器感应肢体压力变化、人体姿态变化或者皮肤表面的电信号等,解读人的运动意图,进而控制外骨骼与肢体完成一致动作。日本科技公司赛百达因(Cyberdyne)研制的HAL-5可穿戴机器人以及我国中科院常州先进制造技术研究所的EXOP-1外骨骼机器人属于此类。

 

二是在外骨骼和人的身体之间进行神经接驳,大脑发出的肢体运动信号通过神经系统直接传递到外骨骼的接收器中,外骨骼的控制系统等再据此驱动外骨骼运动。上文图中的那位英国残疾士兵就是安装了这种操控方式的机械手臂。

三是通过某种头戴装置监测大脑的神经信号,机械外骨骼通过对该信号的解译,理解人的运动意图,进而完成相应运动。本届世界杯上帮助瘫痪青年完成开球的机械外骨骼就属此类。

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进化的三岔口

“更高、更快、更强”不仅是奥林匹克运动的口号,更彰显了人类对提高身体素质的不懈追求。机械外骨骼、克隆器官等技术的发明和应用正是这种追求的体现。

在这种追求的驱动下,结合现代生物科学、计算机科学、材料科学和工程学等的飞速发展,我们仿佛能依稀看见人类进化的道路——一条有着三岔口的道路:包裹一身机械外骨骼或直接用机械替代某些人体器官的机械人;利用基因技术等生化手段提升身体机能或进行身体改造的生化人;将意识接入或上传至网络的数字人。

当站在进化的三岔口之日,机械人、生化人、数字人,你会选哪一个?

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