讓士兵穿上金屬外骨骼上戰場，這可能是可穿戴的終極形態

虎嗅注：科技正在逐漸讓科幻電影中的一些高逼格技術成為現實，為人類所用。無論是《鋼鐵俠》中的整套鋼鐵盔甲，還是《美國隊長2》中的金屬機械臂，這些提升人體戰鬥力、給人身體機能加了特技的技術正在被各國軍隊、尤其是美國軍隊測試用於戰場。借助當下頗為時髦的可穿戴概念，這樣的例子總是會吸引到媒體的關注。英國《經濟學人》1月刊撰文稱，「打造配有人造肌肉的另一套外部骨架，能讓佩戴者毫不費力地背負起重得多的裝備」正在成為可能。此類裝備包括由佛蒙特州的Revision Military公司製造的「動力作業套裝」和「戰術突擊輕型作業套裝」等，後者由特種部隊自行研發，承包商包括美國很多名頭最響的防務公司：通用動力、洛克希德馬丁和雷神。這些裝備還能幫助殘疾人重新站起來……

本文將從無動力裝置和動力裝置兩個層面探討人造外骨骼和肌肉如何幫助人們（尤其是士兵）獲得超乎人體本身的能力，無論是負重能力還是敏捷能力。原文載於the Economist，由經濟學人商論翻譯。

士兵全副武裝期待初嘗戰場滋味時，總會想一想自己身上有多少地方尚未被防彈衣和頭盔覆蓋。事實上，這樣的面積約為81%。添加更多的護甲將會過於沉重而不可行。實際上許多士兵已背負至少50公斤的裝備和工具，是美國陸軍科學委員會（America』s Army Science Board）建議上限的兩倍還多，這一限制是為了避免損傷士兵的骨骼和肌肉。

許多人建議，解決的方法是打造配有人造肌肉的另一套外部骨架，能讓佩戴者毫不費力地背負起重得多的裝備。而這樣的外骨骼已不再是科幻小說的素材，人們在戰場內外使用它們的興趣日漸濃厚。

其中一款最先進的產品是由佛蒙特州的Revision Military公司製造的「動力作業套裝」（Kinetic Operations Suit ，簡稱KOS）。該產品令士兵得到三倍的盔甲保護而不會對其行動增添多少負擔。人造關節脊柱把裝備頭盔（完全覆蓋穿戴者的頭部）的大部分重量轉移到肩膀的護甲上。同樣，保護軀幹的護甲也通過人造脊柱的另一部分把重量轉移到臀部和腿部。所有這些減輕了對頸部和下背部的壓力，這兩處是自然骨骼中最薄弱的環節。但士兵的腿部仍須承受額外的重量。為幫助解決這一問題，KOS將鈦鋁合金傳動裝置綁到士兵的下肢上，配合盔甲使用。電動馬達接收到加速度計等內置傳感器的指示后，帶動這些傳動裝置與士兵的雙腿同步移動。

據如今在Revision Military公司工作的美軍前特種部隊士兵布萊恩·道林（Brian Dowling）所說，該系統夠輕便也夠結實，可幫助穿戴者在全副武裝之下奔跑于崎嶇地形之上。包括美國在內的多國軍方正在評估這樣的宣傳。

比KOS更具野心的另一款軍用外骨骼正由特種部隊自行開發。該項目的承包商包括美國很多名頭最響的防務公司，如通用動力（General Dynamics）、洛克希德馬丁（Lockheed Martin）和雷神（Raytheon）。有趣的是，其中還包括了好萊塢特效公司Legacy Effects，它為《鋼鐵俠》系列科幻電影設計了其中引人注目的外骨骼。這些公司聯手構思的產品名為「戰術突擊輕型作業套裝」（Tactical Assault Light Operator Suit），這個名字構思精巧，其縮寫TALOS正是古希臘神話中青銅巨人塔羅斯的名字。

TALOS的重量將是穿戴它的士兵體重的兩倍。部件雖重，卻可令整套裝備防禦子彈和彈片。它還為穿戴者提供降溫系統、一組監控其生理指標的傳感器，以及超人般的力量。據美國特種作戰司令部司令約瑟夫·沃特爾（Joseph Votel）將軍所說，結果將是「舉世無雙的戰術能力」。

當然，前提是它要能發揮效用，而這還不確定。首先，TALOS的致動器需要變得更靈活。要複製人體最靈活的肩關節的動作仍舊特別困難。另外，該裝置耗電量大，便攜電池遠遠不能滿足。常被視為軍事工業集團一員的通用原子（General Atomics）提議設計一款小型內燃機來驅動整套裝備。但這類發動機噪音大，容易暴露目標。此外，士兵們也不願「戴」着一箱汽油上戰場，這很好理解。

無動力裝置

TALOS的原型機應該可在2018年前推出，但能投入作戰的版本至少要等上十年。就連Revision Military那套較簡易的裝備也未必能在幾年內用於作戰。不過，與此同時，各國軍隊正在研究無動力外骨骼的構想。

例如澳洲國防部設計的一款外骨架，可將背包或保護軀幹的防具的大部分重量直接轉移到穿戴者的靴子上。兩條鋼索直接把背包或護甲和靴底連接起來，鋼索外面包裹軟管，穿過褲子上的環圈加以固定。正是這些鋼索起到了傳輸負載的作用。外裹軟管可防止鋼索彎曲，使其在承受重負的同時保持足夠的靈活性，讓佩戴者可以自如行走或奔跑。該系統仍處於原型階段。但另外兩款分別由洛克希德馬丁公司和英國防務巨頭BAE系統公司（BAE Systems）開發的無動力外骨骼已投入使用——用於工業生產而非軍事用途。

無動力外骨骼FORTIS的鉸接式鋁製框架撐起一個萬向臂

工人拿着鉚釘槍或其他類似的重型工具作業時，往往需要經常放下工具，甩甩手臂恢復力量，算起來，可能近一半的工作時間要用於休息。為解決這一問題，洛克希德馬丁公司設計出一款重17.5公斤的無動力外骨骼，名為FORTIS。美國海軍及十多家製造企業正在試用該系統。FORTIS的鉸接式鋁製框架撐起一個萬向臂。工人身前的萬向臂一端與其使用的工具相連接。工人身後的另一端附有相應的配重。無論工人是以站姿還是跪姿操作，工具及配重的總重量會通過外骨骼而非其自身骨骼被轉移到地面上。工具本身因此顯得毫無重量，工人無須費力舉起工具，只要引導工具進行操作。而且，由於工具是與外骨骼相連，而非由工人手持，也可防止工具掉落造成損傷。

FORTIS和BAE系統公司研製的競爭產品「矯形負重輔助裝置」（Orthotic Load Assistance Device）都可令生產力提高約50%，美國國家製造科學中心（National Centre for Manufacturing Sciences）的達納·埃利斯（Dana Ellis）估計。該中心的總部位於美國密歇根州的安阿伯市（Ann Arbor），正在幫助製造商及美國國防部採用這樣的技術。在美國的海軍造船廠，工人利用FORTIS系統操作磨機，兩人完成的工作量要比以往三人還多，洛克希德馬丁公司的外骨骼項目負責人崔西·埃爾克（Trish Aelker）說。她補充道，工人下班后不像以前那樣累得「一回家就癱倒在沙發上」。

汽車製造商也感興趣。今年早些時候，奧迪、戴姆勒和其他三家不願公開名字的汽車廠商已開始試驗由瑞士公司Noonee製造的名為「隱形椅」（Chairless Chair）的裝置。這是套在工人臀部及大小腿上帶有軟墊的一組鈦合金外骨骼。只需按下按鈕，其內部的液壓裝置便可鎖定其構型，讓穿戴者保持坐姿，如果他試圖站起來，裝置會自動解鎖。該裝置重量不到四公斤，穿戴者在站立或行走時不會感動笨重不便。而只需按下按鈕，工人便可以舒服地蹲坐在半完工的車架內進行加工作業。在奧迪負責測試這一產品的塔尼婭·斯坎貝拉-內費爾（Tanja Schembera-Kneifel）表示，隱形椅有助工人減少肌肉骨骼勞損，缺勤率也因而降低。奧迪計劃廣泛應用這一裝置。

其他局部外骨骼產品也在研發中。其中一款是多倫多瑞爾森大學（Ryerson University）的穆罕默德·阿卜杜力-埃拉瑪吉（Mohammad Abdoli-Eramaki）設計的「個人抬舉輔具」（Personal Lift Assist Device），也正由汽車製造商測試。這一發明包含一組帶護套的彈簧，沿脊椎分佈。穿戴者彎腰抓取並提起物件時，彈簧伸長，減少身體抗衡地心引力所需的力量。而要站起來時，彈簧收縮，有助拉起軀幹，讓身體站直所需的肌肉力量可減低超過15%。

另一款局部外骨骼是今年早前在匹茲堡亮相的「助行腳套」（Walking Assist Clutch），由卡內基梅隆大學（Carnegie Mellon University）的研究人員研發。該產品穿戴在腳踝及小腿上，利用一根彈性短繩減少在一隻腳懸空時另一隻腳的肌肉拉動跟腱所費的力氣。短繩在拉伸時儲存能量，隨後釋放用於拉抬腳跟，幫助那隻腳推離地面。其發明者史蒂芬·柯林斯（Steven Collins）表示，「助行腳套」可讓步行省力約7%。對於步兵等人群，這將是寶貴的助力。

快步前行

但最終，外骨骼的未來也許還是要看有動力版本的開發。比如，歐盟正向一個跨國項目投入1500萬歐元（1700萬美元），研發名為Robo-Mate的系統。該產品是一套配備上臂及前臂電動機的外骨骼，能減少物體90%的感知重量。試驗於2016年開始。另一家汽車製造商菲亞特（其董事長約翰·埃爾坎[John Elkann]是《經濟學人》母公司董事會成員）是參加試驗的廠商之一。另外還有主營車輛拆解及回收的法國公司INDRA，其業務更是屬於勞動密集型。

Robo-Mate也並非獨苗。正在研發中的設備還有日本松下的子公司Activelink的「強力裝卸器」（Power Loader）、另一家日本公司Cyberdyne開發的「混合輔助肢體」（HAL）、意大利比薩市的聖安娜高等學校（Scuola Superiore Sant』Anna）的機械人實驗室Percro開發的「身體擴展器」（Body Extender）。這些器材的作用也許還不止於幫助工人更安全高效地作業。在德國弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）斯圖加特校區負責Robo-Mate研發項目的卡門·康斯坦丁內斯庫（Carmen Constantinescu）觀察到，這些產品還將重新定義勝任工人的資格。外骨骼器械消除了男性的體力優勢，使得女性有機會從事如今覺得費力的工作。它們也會幫到那些原本不得不放棄工作的年長男性。

然而，生活因動力外骨骼而改觀最多的可能是截癱患者。以色列公司「ReWalk機械人」（ReWalk Robotics）和美國俄亥俄州克利夫蘭的派克漢尼汾公司（Parker Hannifin）生產的裝置都包含一個人造骨盆，它帶動固定在腿上的兩條電動義肢。加上附在兩條前臂上的一對拐杖，整套設備能讓穿戴者在電池耗盡之前一次步行好幾個小時。他們甚至可以靠這套裝置上樓梯。

ReWalk生產的器械自2012年開始已在歐洲上市，2014年起開始打入美國市場。派克漢尼汾公司的產品去年11月獲批在歐洲使用，在美國獲批也指日可待。以後，外骨骼會有多種形式，有些可助人戰場爭勝，但有時候，幫人征服一段樓梯也就足夠了。