外骨骼如何工作

自古以来，战士就一直在身上穿盔甲，但是1868年，当爱德华·西尔维斯特·埃利斯（Edward Sylvester Ellis）出版了一部一角钱小说《大草原的蒸汽人》时，科幻小说中出现了一个机械肌肉的想法。该书描绘了一款巨大的人形形状的蒸汽机，该发动机拖着发明家，巧妙的约翰尼·布雷纳德（Johnny Brainerd），以每小时60英里的速度（每小时96.5公里）的速度以货车为后面]。

到1961年，即《漫威漫画》（Marvel Comics）创作的虚构钢铁侠（Firation Iron Man）之前的两年，五角大楼实际上邀请了有关现实生活中可穿戴机器人的建议。美联社的一篇文章报道了开发“伺服士兵”的追求，它被描述为“配备了动力转向和动力制动器的人类坦克”，可以更快地有趣并举起重物，并且可以免疫细菌战，毒气，甚至来自核爆炸的热量和辐射[来源：科米尔]。到1960年代中期，康奈尔大学工程师尼尔·米森（Neil Mizen）开发了35磅重的（15.8公斤）可穿戴的框架外骨骼，被称为“超人西服”或“男人放大器”，流行的科学杂志最终会允许用户预测，最终将允许用户每只手举起1,000磅（453.6公斤）。同时，通用电气开发的计划为18英尺高的设备（5.5米）设备“壮科”，该设备将其操作员内部携带[来源：Cloud]。

这些概念被证明是不切实际的，但研究仍在继续。在1980年代，洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家为美国陆军步兵使用的全身动力外骨骼设计了一种名为Pitman Suit的设计。但它留在绘图板上。在1990年代，阿伯丁（Aberdeen）的美国陆军研究实验室探索了建立一项实际上与钢铁侠（Iron Man）的相似之处的诉讼，但该项目从来没有到达任何地方[来源：Guizzo]。

多年来，可能将成为可能的动力外骨骼制造商受到技术的局限性的阻碍。计算机太慢且微弱，无法进行制作西装所需的处理，以应对佩戴者的命令或动作。没有足够便携的能源供应，而执行器，动力力的肌肉会移动外骨骼，太虚弱和笨重，无法像人体一样工作。尽管如此，机械化的装甲超级士兵的想法仍吸引了陆军将军，科学家和设计师继续为可能性而劳作[来源：Guizzo]。

在下一部分中，我们将研究他们在解决这些问题并开发实用动力外骨骼方面取得的进展。

艺术家对未来士兵穿外骨骼机时的外观的概念。

照片由DARPA提供

在2000年代，对现实生活中的钢铁侠西装的追求终于开始到达某个地方。

五角大楼的异国情调，尖端技术孵化器的国防高级研究计划局（DARPA）为7500万美元的计划，即人类绩效增强的外骨骼提供了资金，以加快事情的速度。DARPA的愿望清单非常雄心勃勃：它想要一台允许士兵拖延数百磅装备的机器，该机器不足几天，处理通常需要两名操作员的大型重型武器，并能够携带其他受伤的士兵在背面的场上。它还希望这台机器能够无力地发火，并能够真正非常高。一些研究人员认为这一想法是不可能的，但其他研究人员愿意思考大型资料[来源：蒙特]。

由机器人制造商史蒂夫·雅各布森（Steve Jacobsen）领导的一家名为Sarcos的公司，其先前的项目包括80吨机械化的恐龙 - 提出了一个创新的系统，其中传感器检测到人类用户的肌肉的收缩并使用它们来操作一系列一系列瓣膜反过来调节高压液压流体流向关节的流动。然后，这些机械接头移动带有电缆的圆柱体，以模拟连接人类肌肉的肌腱。结果是一个名为XOS的实验原型，看起来像是科幻电影中的人类杂种。到2005年，XOS成为最接近军队愿景的设备，该项目转移到了开发阶段。Sarcos最终被雷神公司收购，该雷神已经继续工作[来源：蒙特]。

同时，其他服装，例如伯克利仿生学，致力于减少人造四肢所需的能量，以便在现场可以使用足够长的能量外骨骼以实用。据报道，一种2000年代中期的设计，即人载载体，能够在不充电的情况下运行20个小时[来源：蒙特]。

十年末，一家名为Cyber​​dyne的日本公司开发了机器人西装Hal，这是一个更加巧妙的概念。HAL并没有依靠人类操作员的肌肉收缩来移动四肢，而是将传感器融合在一起，这些传感器捡起了操作员大脑发送的电信。从理论上讲，基于HAL-5概念的外骨骼将使用户能够在不移动肌肉的情况下做任何他或她想做的事情，只是通过思考[来源：：塞伯迪恩]。

在下一部分中，我们将在电力外骨骼中查看当前最新技术的状态，以及该技术可能很快就会领导的地方。

到2010年，国防高级研究项目局（DARPA）外骨骼项目已经生产了一些有前途的技术。网络世界报道，重约55磅（25公斤）的当前系统可以使人类操作员能够承载200磅（91公斤）重量的重量，而却很少或无需努力，并且疲劳却大大降低。此外，最新的外骨骼比典型的办公室打印机更安静，除了提升外，还可以以每小时10英里（每小时16公里）的速度运行并进行蹲下和爬行[来源：eha谐]。雷神对自己的前景充满信心，以至于2010年，它发布了一段视频，其中包括“钢铁侠”电影专营权的演员之一克拉克·格雷格（Clark Gregg），作为第二代外骨骼空手道chop的木材的叙述，做了俯卧撑和俯卧撑和举重[来源：温伯格]。

同时，国防承包商洛克希德·马丁（Lockheed Martin）正在制作竞争对手的外骨骼，旨在通过低身外骨骼的机器人腿将重量从重荷载转移到地面上。该公司表示，外骨骼还能够以最少的人类劳累进行深蹲，爬行和上身举重[来源：洛克希德·马丁]。

这些外骨骼机还将配备传感器和全球定位系统（GPS）接收器。士兵可以使用这项技术获取有关他们穿越地形以及如何导航到特定位置的信息。DARPA还正在开发计算机化织物，可以与外骨骼一起使用，以监测心脏和呼吸率。

如果美国军方的方式，它将有大量的超级士兵，可以通过将这些外骨骼绑在他们身上，可以跳高，更快地跑步和举重。即便如此，至少在现实生活中的钢铁侠进入战场上可能还要几年。

同时，动力外骨骼也可能在和平时期中带来巨大的好处，因为最终该技术可能会使脊柱受伤或致残神经肌肉疾病的人们过上更全面的生活。例如，伯克利仿生学正在测试Elegs，这是一种由可充电电池提供动力的外骨骼，旨在使残疾人行走，从坐姿上站起来而无需帮助，并延长了一段时间的来源[源：伯克利仿生学]。