科技讓戰(zhàn)士變身“鋼鐵俠”

同學(xué)們可能對(duì)“外骨骼”這個(gè)詞有點(diǎn)陌生，外骨骼的定義來源于甲殼類的動(dòng)物，這一類動(dòng)物的骨骼都是生長(zhǎng)在肌肉和組織的外部，主要用于保護(hù)和支撐動(dòng)物的內(nèi)部組織。與之相對(duì)的人類、哺乳動(dòng)物等，屬于內(nèi)骨骼的生物，其骨骼都是生長(zhǎng)于肌肉和組織之內(nèi)的。內(nèi)骨骼與外骨骼的關(guān)鍵區(qū)別在于是否具有保障效果。在大自然中，昆蟲和螃蟹的外骨骼是充當(dāng)盔甲的器官，因此它也為生物提供了一個(gè)框架或結(jié)構(gòu)。

在某種意義上，中世紀(jì)騎士的全金屬盔甲也可稱作一種外骨骼，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)硬殼，在戰(zhàn)斗中可以保護(hù)騎士；航天服和深海潛水的外穿裝備也算是外骨骼，因?yàn)樗鼈冊(cè)跇O其惡劣的外部條件下幫助航天員和潛水員正常工作。

不過，在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上，戰(zhàn)士們已有頭盔、防彈衣等保護(hù)，還要外骨骼干什么？再說，這外骨骼畢竟是堅(jiān)硬沉重的外殼，穿戴它豈不是增加了重量，影響戰(zhàn)士們的行動(dòng)能力？

實(shí)際上外骨骼不僅有防護(hù)功能，還有輔助運(yùn)動(dòng)功能。打仗的時(shí)候，戰(zhàn)士們背著彈藥等補(bǔ)給物資在平地快速前行已是不易，如果還要爬山，那就更困難了。雖然現(xiàn)在機(jī)械運(yùn)輸很發(fā)達(dá)，可運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械畢竟不能時(shí)時(shí)刻刻跟在每個(gè)戰(zhàn)士身邊。于是還沒開始打仗呢，光是背負(fù)裝備就讓戰(zhàn)士們累得筋疲力盡，哪還有力量戰(zhàn)斗？這時(shí)，外骨骼就派上用場(chǎng)了。

人類非常善于學(xué)習(xí)模仿并創(chuàng)新，科學(xué)家在對(duì)外骨骼進(jìn)行研究后，對(duì)其進(jìn)行了拓展。如今“外骨骼”被更多地與“超級(jí)裝備”聯(lián)系到一起，用于指擴(kuò)充、增強(qiáng)一個(gè)人生理機(jī)能的系統(tǒng)，這些外骨骼可幫助人們舉起或攜帶較重的負(fù)荷，幫助人們跑得更快、跳得更高。

比如在軍事上，外骨骼能幫助戰(zhàn)士更好地進(jìn)行戰(zhàn)斗。因?yàn)榕鋫渫夤趋篮?，?zhàn)士可以得到更好的保護(hù)，并能攜帶更多的武器和裝備，具有比正常人更強(qiáng)的體能。我國外骨骼系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)成功，并可根據(jù)需要加裝輔助裝置。該裝備額定負(fù)荷平均平地步速為每小時(shí)4.5千米，平地行走續(xù)航里程為20千米。該外骨骼系統(tǒng)研制已經(jīng)進(jìn)行到裝備部隊(duì)的階段，配備該系統(tǒng)的戰(zhàn)士可執(zhí)行高原單兵巡邏、山地單兵巡邏、跨越障礙等任務(wù)。我國邊防部隊(duì)于2020年底在海拔5000米的西藏阿里地區(qū)的實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，外骨骼裝備可顯著提高高原部隊(duì)的單兵負(fù)重，提升單兵偵察能力。

外骨骼通常由金屬或碳纖維等材料制成，它可以像衣服一樣穿戴在人身體上，增強(qiáng)人的行動(dòng)能力、減輕負(fù)重，在醫(yī)療康復(fù)方面，可以幫助患有多發(fā)性硬化癥、嚴(yán)重關(guān)節(jié)炎等疾病的患者克服行動(dòng)困難，特別是對(duì)一些失能的老人而言，外骨骼的意義很重大。在外骨骼的幫助下，殘疾人和老年人完全可以輕松自如地進(jìn)行散步、爬樓梯、負(fù)載等。

那么，外骨骼究竟是如何幫助戰(zhàn)士在復(fù)雜的山地行走或是運(yùn)送物資呢？

外骨骼是一種可由人穿戴的、柔性的智能化機(jī)器系統(tǒng)，它通過高功率密度的驅(qū)動(dòng)裝置，套裝在人體外，模仿人體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，輔助人的肢體運(yùn)動(dòng)，分散、均衡和緩解人的身體負(fù)重，達(dá)到增強(qiáng)人的體能（重點(diǎn)是力量和速度）的目的。

工作時(shí)，外骨骼系統(tǒng)首先由附著在人體不同部位的傳感器感應(yīng)和判斷人體的動(dòng)作意圖，收集人體的動(dòng)作信息，然后將這些信息傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理并形成指令，再將指令傳遞到相應(yīng)的控制器，啟動(dòng)和控制處于人體各部分關(guān)節(jié)的機(jī)械傳動(dòng)部件輸出能量，以此輔助人體的肌肉活動(dòng)和肢體運(yùn)動(dòng)，提高人體的靈活性，使人體在最大負(fù)重狀態(tài)下仍然能輕松自如地行走、奔跑、跳躍、攀爬、搏擊，也能輕而易舉搬運(yùn)或舉起重物。

在軍用領(lǐng)域，穿戴外骨骼系統(tǒng)的士兵在野戰(zhàn)條件下能做到行得更快、走得更遠(yuǎn)、跳得更高、跨障更容易、搬運(yùn)重物更輕松，抵御子彈、爆炸物碎片等的能力也像坦克裝甲車一樣強(qiáng)大，可見外骨骼系統(tǒng)能極大地提高戰(zhàn)士們的作戰(zhàn)能力。

如今，立足技術(shù)現(xiàn)實(shí)，開發(fā)包括燃料電池在內(nèi)的新型能源，研制智能型傳感器、高性能處理器和高精度控制器，采用先進(jìn)復(fù)合材料，提高其性能、穩(wěn)定性并降低成本等，是外骨骼系統(tǒng)最現(xiàn)實(shí)的發(fā)展方向。此外，外骨骼系統(tǒng)還有幾個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)：

一是提高防護(hù)水平。將諸多單兵防護(hù)裝置的功能進(jìn)行整合，使外骨骼系統(tǒng)不僅具備防水、防沙和防火功能，還能防生化污染物。

二是拓展和強(qiáng)化飛躍和攀爬功能。采用更輕型的柔性可折疊材料，按照仿生學(xué)原理制作相應(yīng)的模塊組件，使外骨骼系統(tǒng)能幫助戰(zhàn)士像鳥兒一樣飛越河流、滑翔下山崖，或像壁虎一樣攀爬墻壁。

三是增加健康監(jiān)測(cè)和治療功能。采用特殊材料的纖維織物、健康感應(yīng)器與藥物釋放組件，使外骨骼系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)戰(zhàn)士的心率、血壓和體溫等身體指標(biāo)，對(duì)戰(zhàn)士體能和健康狀況及時(shí)做出判斷和預(yù)警，緩解戰(zhàn)士疲勞，減少戰(zhàn)士傷病，并對(duì)戰(zhàn)士的關(guān)鍵受傷部位進(jìn)行快速止血和療傷，提高戰(zhàn)士的生存概率。

四是將數(shù)字化單兵武器系統(tǒng)的組件融入外骨骼系統(tǒng)中。將智能眼鏡、智能頭盔等可穿戴裝備與外骨骼系統(tǒng)集成在一起，使其同時(shí)擁有信息獲取與傳輸、路線追蹤、戰(zhàn)場(chǎng)感知、威脅告警等能力，進(jìn)一步提高戰(zhàn)士的單兵作戰(zhàn)水平和協(xié)同作戰(zhàn)能力。

作為顛覆傳統(tǒng)的一種可穿戴裝備，外骨骼系統(tǒng)是人類迄今為止所研制出來的最為復(fù)雜的機(jī)器裝備之一，它融合了新材料、計(jì)算機(jī)、微電子、傳感器、機(jī)器人、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)航定位、人工智能等領(lǐng)域的高技術(shù)，研制難度超過想象，因此其研制進(jìn)度一直較為緩慢。不過，外骨骼系統(tǒng)能最大限度地提高戰(zhàn)士的體能，助力戰(zhàn)士更快、更高、更強(qiáng)，甚至更健康、更敏銳、更聰明，其應(yīng)用前景不可估量。假以時(shí)日，外骨骼系統(tǒng)一定能全面應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)，讓戰(zhàn)士都成為智勇雙全的“超級(jí)人”，進(jìn)一步提升戰(zhàn)士的戰(zhàn)斗力。