破碎吧，機(jī)甲夢(mèng)！

機(jī)甲是許多動(dòng)漫迷們最愛的角色，這些機(jī)甲有一些典型特征，如使用雙腳行走，外表近似人型，而更讓人著迷的是人類可以坐在其內(nèi)部的駕駛艙里，使出各種大招。日前，一場(chǎng)真人版巨型機(jī)器大戰(zhàn)更是在美國(guó)精彩上演，美國(guó)研發(fā)人員駕駛著“馬克2”和日本人駕駛的機(jī)甲“水道工”貼身搏斗，上演了一場(chǎng)真實(shí)的“鐵甲鋼拳”。

那么，現(xiàn)實(shí)中會(huì)有這種東西嗎？人類是否真的能在未來戰(zhàn)場(chǎng)上駕駛步行機(jī)器人呢？讓人失望的是，從科學(xué)的角度來看，人類駕駛步行機(jī)器人的可行性非常小。

太過笨重

無論是奧特曼、圣戰(zhàn)士，還是機(jī)械怪獸哥吉拉，這些機(jī)甲體型都無比龐大。拿奧特曼來說，按照官方的說法，奧特曼的平均身高在45米左右，最高的在55米以上，最矮的也40米，跟10多層的樓房一樣高。

然而，在工程學(xué)和生物工程學(xué)上，有一個(gè)廣泛用到的平方立方定律，猶如緊箍咒一樣，限制著物體的大小。這個(gè)定律說的是當(dāng)把一個(gè)物體的長(zhǎng)度放大N倍后，它的體積會(huì)增加N的立次方倍，而表面積或者任何切面的面積將會(huì)放大N的平方倍。這一關(guān)系并不受物體形狀的影響，這些物體可以是立方體、球體、不規(guī)則體，甚至是一只蜘蛛。

按照這個(gè)原理，機(jī)甲體積越大，它會(huì)變得越重。如果你讓機(jī)甲變得比其他物體高2倍，它們的重量會(huì)重8倍，而支撐其體重的材料強(qiáng)度只會(huì)增加4倍。以此類推，最終會(huì)到達(dá)一個(gè)臨界點(diǎn)：這些機(jī)甲的體重如此之重，以致于無法支撐自己的重量而自我解體。反之，體積按比例縮小，你就會(huì)變得更強(qiáng)壯，這就是為什么螞蟻能輕松地扛起比自己重很多倍物體的原因。建造巨型機(jī)甲？沒那么容易。

此外，根據(jù)壓強(qiáng)定義，我們知道在一個(gè)表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)，是物體重量除以受力面積。機(jī)甲使用的是雙足系統(tǒng)，身體的大部分質(zhì)量集中在兩條腿上，受力面積非常小，會(huì)導(dǎo)致它們接觸的地表因承受巨大的壓強(qiáng)而被“穿透”，這就跟一個(gè)女士穿著細(xì)高跟踩在地板上，有時(shí)會(huì)磨損地板一個(gè)道理。

德國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)期間研發(fā)的超重型坦克，就遇到類似問題。這個(gè)超級(jí)坦克車長(zhǎng)為12.14米，寬3.67米，高3.66米，重達(dá)188噸，是當(dāng)時(shí)最重的坦克，也是全世界到目前為止最重型坦克紀(jì)錄的保持者！其配備的超級(jí)大炮足以摧毀任何裝甲車輛，堪稱坦克界之王。在最初的鋼筋混凝土上測(cè)試時(shí)，這個(gè)坦克還能運(yùn)行良好，然而，在第一次實(shí)地測(cè)試中，就因?yàn)檫^重陷入泥地而無法動(dòng)彈，最終這輛超級(jí)坦克因缺少實(shí)戰(zhàn)價(jià)值而成了一堆廢銅爛鐵。

德國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)期間研發(fā)的超重型坦克

雙足寸步難行

人類雙腿行走的方式，非常有效率，能適應(yīng)各種地形，尤其擅長(zhǎng)于耐力行走和攀爬巖石，看看一個(gè)背著幾倍于自己體重重物的士兵，能順利穿越各種地形，你也會(huì)驚嘆于人體的靈活性，也難怪動(dòng)漫師們給巨型機(jī)甲設(shè)想的都是雙足行走。

但雙足行走并不是最穩(wěn)定的步態(tài)。人類的肌肉和神經(jīng)的精妙配合，才能維持我們的平衡，使得我們走路非常靈活，但這實(shí)際上是一個(gè)非常難的過程，這就是為什么人類嬰兒會(huì)花1～2年的時(shí)間才學(xué)會(huì)如何站立。實(shí)際上，大自然中，相比較四條腿、六條腿和八條腿的動(dòng)物，兩條腿動(dòng)物絕對(duì)是少數(shù)。

此外，一個(gè)物體越高，會(huì)更難保持平衡，像機(jī)甲這樣體型龐大的機(jī)器人，會(huì)更難保持穩(wěn)定。一個(gè)原因是為了支撐起機(jī)甲龐大的體重，在機(jī)甲的每個(gè)關(guān)節(jié)位置都會(huì)放置馬達(dá)，但馬達(dá)也比較重，這也意味著在機(jī)器人關(guān)節(jié)處，會(huì)聚集大量重量，使得機(jī)甲更加難以維持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的平衡。如果其失去動(dòng)力，或者動(dòng)力被關(guān)閉，機(jī)甲將處于一個(gè)很容易被推倒的狀態(tài)。

所以，雖然美日研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“馬克2”和“水道工”都模擬了人態(tài)，并號(hào)稱它們是“機(jī)甲”，實(shí)際上這些機(jī)器人并沒有依靠?jī)蓷l腿運(yùn)動(dòng)，而是靠輪子移動(dòng)，不能算作是真正的機(jī)甲。

動(dòng)力源如何解決？

另外一個(gè)問題是，如何解決機(jī)甲的動(dòng)力來源。在科幻小說中，機(jī)甲會(huì)攜帶巨大的武器，發(fā)射炮火，遠(yuǎn)程射擊敵人，這就要求有可靠的動(dòng)力來源。按照一般設(shè)想，機(jī)甲可以由聚變反應(yīng)堆提供動(dòng)力，但考慮到目前的聚變反應(yīng)堆與倉(cāng)庫的大小差不多，這是不可能的。在電影《環(huán)太平洋》中，機(jī)甲用的是傳統(tǒng)的核裂變反應(yīng)堆，利用重核裂變反應(yīng)釋放能量，這一反應(yīng)堆可以在小規(guī)模的情況下，提供高功率能量輸出，但又不夠安全。

現(xiàn)在，人們正在研究燃料電池，但這些研究還處于起步階段，離我們夢(mèng)想的能上天入地，持續(xù)戰(zhàn)斗幾天的機(jī)甲距離還很遙遠(yuǎn)。

實(shí)時(shí)控制成難題

在科幻或超現(xiàn)實(shí)的影視中，面對(duì)敵人的一個(gè)猛攻，機(jī)甲可以迅速回避或者應(yīng)對(duì)，這就要求機(jī)甲能為駕駛艙內(nèi)的人類駕駛員提供實(shí)時(shí)環(huán)境信息。然而，設(shè)想容易，實(shí)踐困難。今天，我們可以借助感應(yīng)器感應(yīng)外部環(huán)境信息，但在真實(shí)世界的戰(zhàn)斗中，假如你真的駕駛一個(gè)高達(dá)數(shù)米的龐然大物，視線被擋，完全得依靠這些傳感器的話，其實(shí)并不靠譜，因?yàn)閭鞲衅鞯娜魏屋p微偏差都會(huì)導(dǎo)致機(jī)甲的控制系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤，置你于危險(xiǎn)之中。

另外一個(gè)問題是你該如何得到這些傳感器的反饋信息。玩游戲時(shí)，游戲操縱桿會(huì)振動(dòng)以給你反饋。例如，如果你在戰(zhàn)斗游戲中用機(jī)關(guān)槍掃射時(shí)，操縱桿會(huì)在你的手中震動(dòng)?；蛘?，如果你的飛機(jī)在飛行游戲中墜毀了，操縱桿會(huì)猛然向后推。這種觸覺反饋，可以幫你更好判斷自己在游戲中遇到了什么。然而，在機(jī)甲駕駛艙內(nèi)，這種觸覺反饋實(shí)時(shí)反饋的信息量過大，反而會(huì)讓駕駛員難以處理，影響其發(fā)揮。

盡管困難重重，但人類已經(jīng)開始了制作機(jī)甲方面的嘗試。比如，為了解決人口老齡化而可能出現(xiàn)的勞動(dòng)力短缺問題，日本石油和鐵礦石貿(mào)易商三井公司就開發(fā)了一套可穿戴盔甲，這套動(dòng)力輔助服重約6千克，可以讓用戶在不壓迫后腰的情況下提起重達(dá)15千克的物品。下一階段，該公司還會(huì)減輕這套服裝的重量，并減少成本，讓其能舉起更重的物體。也許總有一天，我們可以借助外骨骼來搬運(yùn)貨物。

然而，在未來，人類駕駛著巨大機(jī)甲游蕩在城市里，仍然只能是科幻小說里的場(chǎng)景。