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穿戴外骨骼——“超级战士”从梦想走向现实
华夏经纬网   2018-08-10 13:33:09   
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    ■张瑷敏 杨诗杰 解放军报

    现代战争不断增加的单兵负重,日渐超出人体承受极限。为给战场上的士兵减负,各军事强国正积极投身军用外骨骼项目研究。日前,美国陆军研究实验室就公开展示了正在研发的辅助机械臂。这款绰号为“第三只手”的简化版“外骨骼”,不仅能大幅减轻士兵作战负担,还能帮助士兵手持突击步枪等武器。无独有偶,俄罗斯也于日前公布了专为特战队员打造的外骨骼系统。

    外骨骼是一套穿在体外、具备“骨骼与肌肉”功能的机器,能有效提升穿戴者的负重上限、防护能力和对复杂环境的适应能力,甚至还可以辅助实现火力打击、战术侦察和战场通信。随着外骨骼技术的研究日渐成熟,未来“超级战士”的单兵“外挂”即将“上线”。

    梦寐以求的战场“钢铁侠”

   还记得科幻电影《钢铁侠》中,天才发明家托尼·史塔克创造的动力服吗?想必许多人都期许可以拥有这样一身无敌“铠甲”,实现少年时“一夫当关万夫莫开”的战场英雄梦。其实,这种拥有神奇功能的装置就是理想化的单兵外骨骼。

    随着现代战争单兵机动力、防护力和信息化水平的高速发展,野战条件下的单兵负重越发难以承受。残酷战场环境下的过高负重,会对单兵战斗力产生致命影响。在伊拉克和阿富汗执行作战任务的美军士兵需要携带的装备总重超过57公斤。由此可见,借助科技手段化解战场负荷对士兵体能和战斗力的影响,有效提升单兵机动速度、力量与耐力的外骨骼已成为研究热点。

    外骨骼也被称作强化服、动力服、动力装甲等,主要通过穿在体外、拥有骨骼模样的机械装置为人体增添力量,实现人体体力、防护能力和对复杂环境适应能力的提升。未来,伴随着辅助火力打击、战术侦察和战场通信等更多功能的实现,外骨骼将把人类打造成“超级战士”。

    外骨骼自诞生伊始就与军事应用有着紧密联系。早在1890年,俄罗斯人尼古拉斯·亚根就发明了一种以压缩空气包为动力的类外骨骼系统。此后,以蒸汽为动力的外骨骼也于20世纪初在美国诞生。真正意义上的外骨骼动力服由通用电气公司于20世纪60年代研制,身穿这套装备的美国士兵可以轻松举起150公斤重的物体。由于这套外骨骼自身重量就达到680公斤,反应速度和移动速度不佳,因而不具备实用性。

    正是这些早期探索,推动着“钢铁侠”事业的不断发展。尤其是作为一种颠覆传统的可穿戴设备,外骨骼融合了新材料、计算机、传感器、动力驱动乃至人工智能等众多技术,研制难度超乎想象。常见的外骨骼一般通过高功率密度驱动装置辅助人的肢体运动,分散、均衡和缓解身体负重。为充分领会人体的“动作意图”,外骨骼不仅需要收集传感器信息,还要通过计算机进行动作判断和指令传达,再配上来自人工智能的“智慧”思维,才能实现“超级战士”的伟大梦想。

    各国“超级战士”呼之欲出

    我们对于外骨骼的感性了解,更多来自于科幻电影与军事游戏中。《明日边缘》中的重型外骨骼、《极乐空间》里的战斗外骨骼等,除能有效提升士兵奔跑速度和负重能力外,还装配有肩扛式火箭弹、小口径机炮等武器。军事游戏《使命召唤》中甚至还体现出外骨骼系统的模块化、多元化和通用化思想。这些想法虽然略显科幻,但真实反映了单兵外骨骼的研制方向。

    在 经历了20世纪60年代的笨重“雏形”后,外骨骼从20世纪80年代开始进入到快速发展阶段。尤其是近年来随着新材料和相关技术领域的不断发展,世界上已有20多个国家和地区相继投身单兵外骨骼系统研究,各国的“超级战士”也早已向着实战应用方向加速发展。

   美国是单兵外骨骼研究的“急先锋”。早在2012年9月,美国陆军就接收了一批改进型的“人体负重外骨骼”系统用于测试。“人体负重外骨骼”能让士兵在负重90公斤情况下,以每小时10公里的速度在任何地形上快速行进,甚至还能与士兵完美“附体”。穿戴有这种外骨骼的“超级战士”,可以毫不费力地举起大口径炮弹之类的重物,完成爬坡、跨障、深蹲、匍匐等动作更是不在话下。

    此外,美国还研制出采用全身盔甲式结构的外骨骼系统。这种外骨骼系统防护能力和负重能力惊人,穿戴者在丝毫感觉不到有额外负担的情况下,可将91公斤重物反复举起几百次,还能在负重状态下轻松完成数百次俯卧撑。目前,美国国防部高级研究计划局正在研制更为新潮的“勇士织衣”作战服,将传统外骨骼变成可穿在身上的柔软衣物,不但设计简单、耗能极低,且穿戴使用尤为方便。

    在军用外骨骼领域,俄罗斯、法国和以色列等国也后劲十足。俄罗斯早在2015年就尝试配发装备有第二代外骨骼的“勇士”单兵作战系统,该系统可有效分担士兵身上大约95%的负荷,初步实现了与数字化单兵武器系统的集成。2017年,俄罗斯公开展示了一套钛制外骨骼原型机,该机外形因酷似电影《星球大战》中的“暴风突击队”而受到广泛关注。法国研制的“大力神”外骨骼系统可根据任务需要灵活配置模块。

   单兵“外挂”何时才能走向战场

   穿戴外骨骼的士兵,在野战条件下能够跑得更快、走得更远、跳得更高、搬运重物更轻松,就连防护子弹和爆炸物碎片的能力都有望像坦克装甲一样强大。据悉,美军TALOS战术突袭装甲或将于明年交付使用,这也意味着穿戴有外骨骼的“超级战士”即将走向战场。

    其实,外骨骼系统的发展成熟还面临着诸多技术难题。早期的外骨骼主要采用钢、铝等金属材质,为有效减轻系统自重,外骨骼正向着钛合金、复合材料等方向发展。绰号“第三只手”的辅助机械臂就主要由碳纤维材料制成。外骨骼系统也对计算机控制、人工智能和传感器等提出了较高要求。如果外骨骼材料不够坚固轻巧、系统数据处理速度太慢、动作太笨拙、传感器分辨能力不足,都无法真正有效地“解放”士兵的双手。同时,电源动力也是制约外骨骼发展应用的重要因素。目前使用的供电电池普遍存在体积重量大、功率小、续航时间短等问题。

   就目前技术发展水平看,单兵外骨骼最有可能优先应用于后勤运输、营房维护、装备修理等非战斗场合。同时,对于受伤的士兵,外骨骼可有效帮助他们恢复行动能力乃至战斗能力。目前已经出现了被称作步行复原机器人的外骨骼。在民用领域,外骨骼还可广泛应用于消防、救灾等场合,甚至还可在残疾人、老年人辅助行走等领域大显身手。

    未来,随着新能源、新材料、人工智能等技术的不断发展进步,单兵外骨骼势必愈发完善成熟,向着防护水平高、运动能力强、增加健康监测以及与数字化单兵武器系统相融合等方向发展。一旦单兵“外挂”成功“上线”,未来的每一名士兵都将成为战场上智勇双全的“超级战士”。

 

责任编辑:胡光曲

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