在1963年三月的《悬疑故事》第39期,由斯坦·李、赖瑞·理柏、唐·赫克和杰克 ·科比联合创造的钢铁侠,让人造动力甲以一种更流行通俗的方式走入大众视野中。在设定中,托尼·斯塔克和伊森博士联手打造的第一个机甲mark1铁罐装甲。在漫威宇宙的设定中,身着战甲之后能扛起75t~100t的重量。
硕大的外骨骼机甲,冰冷的金属质感和粗犷的钢铁线条让无数人为之疯狂迷恋。这类广泛存在于各大游戏和影视中极具有科幻感的机甲可能离我们的生活并不遥远。
外骨骼一词最早来源于生物学,是指给生物提供支持于保护的体外结构,如甲壳动物外部有覆盖一层像盔甲一般的几丁质(chitin)和磷酸钙化的胶原蛋白物质。后词意逐渐衍生为仿生科技产品,外骨骼机甲是一种辅助人体的承载能力的,有效增强人体耐力的一种智能机械装置。
外骨骼一般肩负着保护,支撑,运动三种功能。从功能系统上来划分,可以分为机械系统结构和信息检测系统结构,控制系统和驱动系统。从动力主体上划分又可以分为增力助动外骨骼机器和被动式外骨骼机器。而实际运用中,根据不同的需求采用不同的模式。
不管何种外骨骼,最终目的都是弥补人类生理机能上的不足,帮助人类适应各种复杂的外部环境。在古代战争中士兵穿戴的盔甲便是今天外骨骼机甲的最为简化的原始雏形。
早在18世纪初,英国的插画师Robert Seymour所绘的插画作品“步行蒸汽者”(Walking by Steam)就已经出现,但在图中并未详细阐述机械结构和系统,只是单纯的艺术作品,巨大的齿轮和蒸汽管道展现了工业时代人们将蒸汽科学转化为人体动力的美好幻想。受限于当时的科学技术,笨重庞大且低能的蒸汽机器也无法满足需要,这一设想仅仅存在于抽象概念中并无实际作用。但他由此展开的奇思妙想却为后世外骨骼技术的发展提供了一个宏大的设计方向。
随着二十世纪初,电力技术和计算机的蓬勃发展,新材料的应用,拥有硬件技术的条件下,这一类外骨骼的不再仅存于纸面上。而是正式成为了研究课题之一。
20世纪60年代,美国通用电气公司初次提出并与康奈尔大学合作开展了关于增强人体机能的增力型外骨骼机器人的探索。直接目的是为了解决美军士兵远距离执行高强度的战术负重任务,第一款可穿戴的初代单兵装备—哈迪曼(Hardiman)被设计出来,该装备装载了电子系统并且依靠液压驱动,在实验中曾成功举起680kg的重物,但这款装备极其笨重,自身重量也接近700kg。加上安全性和可靠性堪忧,这件装备甚至无法走出实验室。但对于外骨骼的发展史来说已经是近乎里程碑似的成就。
尽管第一代产品不能算一个成功品,但关于外骨骼机甲的研究与应用工作在各国政府的推动下从未停止过。
在20世纪80年代,塞尔维亚的Belgrade大学的研究团队开始实行了轻量化的机构,这一系列技术初步缓解了外骨骼仪器体积巨大且笨重的问题,同时提出了平衡算法,加强了机械整体系统稳定性和可靠性,大大增加了安全系数。为外骨骼机甲提供了坚实的技术条件。这也在双足机器人的研发中被广泛应用。
而我国的外骨骼行业起步较晚,2004年由海军航空学院牵头,正式开展了关于助力外骨骼技术的研究项目,并且在2006年首次推出了由国产独立设计的第一代外骨骼机器人(能量辅助骨骼服 NAEIES),紧接着之后又展示了第二代外骨骼机器人。该装备属于动力外骨骼。以电池为主要载体,电力为主要能源,通过安置于足底的压力传感器收集使用者的步态信息。通过信息微处理器来发出信息使电动机输出动力,从而达到节省力气的目的。
现如今,这项技术早已不是让人陌生的黑科技,从绝密研究计划中逐渐走向大众的眼前。近日根据央视军事报道,解放军在三军演习中首次亮相的全新单兵装备外骨骼机甲,一名配备外骨骼机甲的女军医背着140斤的伤员并不吃力。而外骨骼技术在民用也同样大放异彩,搬运,救灾,登山,治安,助力行为障碍人员康复。
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