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发表时间 :2023-02-04 04:46:45

  新一代机械外骨骼长啥样

  图为SarcosXOS2外骨骼测试者进行负重俯卧撑测试。上身轻松

  电影《流浪地球》中,知意身着机械外骨骼装备的贴心亚投注册(亚投行官网网址)众多角色给人们留下深刻印象。

  科幻影视作品中的新代装备是现实世界科技装置、装备的机械艺术化“再造”。机械化战争向信息化战争的外骨过渡,在一定程度上使单兵所携带武器装备数量与重量不降反升。骼长为适应这一变化,啥样能让战士秒变“大力士”的上身轻松辅助装备——机械外骨骼走向了战场。

  机械外骨骼是知意典型的跨界融合产品,其设计与生产涉及光电、贴心计算机、新代亚投注册(亚投行官网网址)传感器、机械动力、外骨人机接口等多个学科领域。骼长机械臂、液压系统、电池、防护装甲等硬件构成了它的“躯体”;运行控制系统、人工智能系统、使用者生命体征监测系统等软件,则组成它的“大脑”与“神经”。

  20世纪60年代,早期的外骨骼设备诞生。2000年开始,机械外骨骼研究开始加速,由此发展出全身外骨骼、手臂外骨骼、柔性外骨骼等多种类型。当前,世界各国机械外骨骼的发展如火如荼,开始应用于医疗、救灾、军事等诸多领域。

  目前,机械外骨骼已发展到第二代。与第一代外骨骼相比,第二代外骨骼呈现出不同的特征。

  动作自由度更大,能提供更可观的力量增幅。美国一家公司研制的SarcosXOS2外骨骼,拥有自由度较大的机械下肢,可用于抓取90千克的物体。与第一代机械外骨骼相比,它的重量有所减轻,能耗降低50%,可以提供17倍的力量增幅。据称,穿戴它后,以前需用3名后勤人员来安装的一枚战机格斗弹1人就可完成。意大利一家公司研发的“V-盾”人体脊柱外骨骼,可将人体肩部负重所受力量,转移至肌肉更强壮的腿部,以提升士兵整体负重能力。

  制造材质更轻,人机交互能力更强。在科学技术迅猛发展的今天,机械外骨骼除了外观因材料的优化而更具科幻感之外,它的自重也因选用更轻材质而明显减轻。2016年的欧洲防务展上,法国武器装备总署展出了新一代“大力神”外骨骼。该代“大力神”自重17千克,可用于抓举60千克的物体。不同的是,此款外骨骼没有采用传统的无线电操控模式,而是设置了人机接口来实现对外骨骼的操控——内置传感器能够实时监测使用者肢体动作的变化情况,由内置计算机来判断其意图,进而控制外骨骼做出相应反应。英国BAE公司研制的“矫正负重辅助装置”由碳纤维和铝材料制成,包括一副与士兵背包和靴子相连的机械腿,其自重仅为8千克,可减轻士兵负重时的身体负担。

  工作时段更长,助力更加精准、持久。法国武器装备总署推出的新一代“大力神”外骨骼所用电池效能进一步提升,能让使用者以每小时4千米的速度行进约20千米,可辅助使用者更好地遂行消防救援、装备运输等任务。除高能电池外,进入21世纪后,微电子、工程材料等关键技术也取得突破性进展,新一代机械外骨骼随之开始向电子-液压、智能化、脑控化发展。今后的外骨骼将不仅能增强力量,还将具备深度学习、人机融合、体系联动等能力。日本一家公司研制的HAL-5外骨骼,可通过获取使用者的大脑神经信号来实现系统的联动,做出相应动作。一些国家的先进外骨骼装置,还装备有精密传感器,可通过监测并记录细微肌电电位变化,积累使用者惯用姿态等个性参数形成“记忆”,使外骨骼更懂使用者意图,让后者“越用越顺手”。

  由机械-液压升级为电子-液压,由“不易驯服”变得“上身轻松”,由“一步一动”变得“知意贴心”……随着科技的发展与战场需求的牵引,更多的外骨骼走向未来战场,正在逐渐成为现实图景。(杨龙霄 葛矞宸)