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穿戴外骨骼——“超級戰士”從夢想走向現實
華夏經緯網   2018-08-10 13:33:09   
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    ■張璦敏 楊詩傑 解放軍報

    現代戰爭不斷增加的單兵負重,日漸超出人體承受極限。為給戰場上的士兵減負,各軍事強國正積極投身軍用外骨骼項目研究。日前,美國陸軍研究實驗室就公開展示了正在研發的輔助機械臂。這款綽號為“第三隻手”的簡化版“外骨骼”,不僅能大幅減輕士兵作戰負擔,還能幫助士兵手持突擊步槍等武器。無獨有偶,俄羅斯也于日前公佈了專為特戰隊員打造的外骨骼系統。

    外骨骼是一套穿在體外、具備“骨骼與肌肉”功能的機器,能有效提升穿戴者的負重上限、防護能力和對複雜環境的適應能力,甚至還可以輔助實現火力打擊、戰術偵察和戰場通信。隨著外骨骼技術的研究日漸成熟,未來“超級戰士”的單兵“外挂”即將“上線”。

    夢寐以求的戰場“鋼鐵俠”

   還記得科幻電影《鋼鐵俠》中,天才發明家托尼·史塔克創造的動力服嗎?想必許多人都期許可以擁有這樣一身無敵“鎧甲”,實現少年時“一夫當關萬夫莫開”的戰場英雄夢。其實,這種擁有神奇功能的裝置就是理想化的單兵外骨骼。

    隨著現代戰爭單兵機動力、防護力和資訊化水準的高速發展,野戰條件下的單兵負重越發難以承受。殘酷戰場環境下的過高負重,會對單兵戰鬥力產生致命影響。在伊拉克和阿富汗執行作戰任務的美軍士兵需要攜帶的裝備總重超過57公斤。由此可見,借助科技手段化解戰場負荷對士兵體能和戰鬥力的影響,有效提升單兵機動速度、力量與耐力的外骨骼已成為研究熱點。

    外骨骼也被稱作強化服、動力服、動力裝甲等,主要通過穿在體外、擁有骨骼模樣的機械裝置為人體增添力量,實現人體體力、防護能力和對複雜環境適應能力的提升。未來,伴隨著輔助火力打擊、戰術偵察和戰場通信等更多功能的實現,外骨骼將把人類打造成“超級戰士”。

    外骨骼自誕生伊始就與軍事應用有著緊密聯繫。早在1890年,俄羅斯人尼古拉斯·亞根就發明瞭一種以壓縮空氣包為動力的類外骨骼系統。此後,以蒸汽為動力的外骨骼也于20世紀初在美國誕生。真正意義上的外骨骼動力服由通用電氣公司于20世紀60年代研製,身穿這套裝備的美國士兵可以輕鬆舉起150公斤重的物體。由於這套外骨骼自身重量就達到680公斤,反應速度和移動速度不佳,因而不具備實用性。

    正是這些早期探索,推動著“鋼鐵俠”事業的不斷發展。尤其是作為一種顛覆傳統的可穿戴設備,外骨骼融合了新材料、電腦、感測器、動力驅動乃至人工智慧等眾多技術,研製難度超乎想像。常見的外骨骼一般通過高功率密度驅動裝置輔助人的肢體運動,分散、均衡和緩解身體負重。為充分領會人體的“動作意圖”,外骨骼不僅需要收集感測器資訊,還要通過電腦進行動作判斷和指令傳達,再配上來自人工智慧的“智慧”思維,才能實現“超級戰士”的偉大夢想。

    各國“超級戰士”呼之欲出

    我們對於外骨骼的感性了解,更多來自於科幻電影與軍事遊戲中。《明日邊緣》中的重型外骨骼、《極樂空間》堛瑣埶咱~骨骼等,除能有效提升士兵奔跑速度和負重能力外,還裝配有肩扛式火箭彈、小口徑機炮等武器。軍事遊戲《使命召喚》中甚至還體現出外骨骼系統的模組化、多元化和通用化思想。這些想法雖然略顯科幻,但真實反映了單兵外骨骼的研製方向。

    在 經歷了20世紀60年代的笨重“雛形”後,外骨骼從20世紀80年代開始進入到快速發展階段。尤其是近年來隨著新材料和相關技術領域的不斷發展,世界上已有20多個國家和地區相繼投身單兵外骨骼系統研究,各國的“超級戰士”也早已向著實戰應用方向加速發展。

   美國是單兵外骨骼研究的“急先鋒”。早在2012年9月,美國陸軍就接收了一批改進型的“人體負重外骨骼”系統用於測試。“人體負重外骨骼”能讓士兵在負重90公斤情況下,以每小時10公里的速度在任何地形上快速行進,甚至還能與士兵完美“附體”。穿戴有這種外骨骼的“超級戰士”,可以毫不費力地舉起大口徑炮彈之類的重物,完成爬坡、跨障、深蹲、匍匐等動作更是不在話下。

    此外,美國還研製出採用全身盔甲式結構的外骨骼系統。這種外骨骼系統防護能力和負重能力驚人,穿戴者在絲毫感覺不到有額外負擔的情況下,可將91公斤重物反復舉起幾百次,還能在負重狀態下輕鬆完成數百次俯臥撐。目前,美國國防部高級研究計劃局正在研製更為新潮的“勇士織衣”作戰服,將傳統外骨骼變成可穿在身上的柔軟衣物,不但設計簡單、耗能極低,且穿戴使用尤為方便。

    在軍用外骨骼領域,俄羅斯、法國和以色列等國也後勁十足。俄羅斯早在2015年就嘗試配發裝備有第二代外骨骼的“勇士”單兵作戰系統,該系統可有效分擔士兵身上大約95%的負荷,初步實現了與數字化單兵武器系統的集成。2017年,俄羅斯公開展示了一套鈦制外骨骼原型機,該機外形因酷似電影《星球大戰》中的“暴風突擊隊”而受到廣泛關注。法國研製的“大力神”外骨骼系統可根據任務需要靈活配置模組。

   單兵“外挂”何時才能走向戰場

   穿戴外骨骼的士兵,在野戰條件下能夠跑得更快、走得更遠、跳得更高、搬運重物更輕鬆,就連防護子彈和爆炸物碎片的能力都有望像坦克裝甲一樣強大。據悉,美軍TALOS戰術突襲裝甲或將於明年交付使用,這也意味著穿戴有外骨骼的“超級戰士”即將走向戰場。

    其實,外骨骼系統的發展成熟還面臨著諸多技術難題。早期的外骨骼主要採用鋼、鋁等金屬材質,為有效減輕系統自重,外骨骼正向著鈦合金、複合材料等方向發展。綽號“第三隻手”的輔助機械臂就主要由碳纖維材料製成。外骨骼系統也對電腦控制、人工智慧和感測器等提出了較高要求。如果外骨骼材料不夠堅固輕巧、系統數據處理速度太慢、動作太笨拙、感測器分辨能力不足,都無法真正有效地“解放”士兵的雙手。同時,電源動力也是制約外骨骼發展應用的重要因素。目前使用的供電電池普遍存在體積重量大、功率小、續航時間短等問題。

   就目前技術發展水準看,單兵外骨骼最有可能優先應用於後勤運輸、營房維護、裝備修理等非戰鬥場合。同時,對於受傷的士兵,外骨骼可有效幫助他們恢復行動能力乃至戰鬥能力。目前已經出現了被稱作步行復原機器人的外骨骼。在民用領域,外骨骼還可廣泛應用於消防、救災等場合,甚至還可在殘疾人、老年人輔助行走等領域大顯身手。

    未來,隨著新能源、新材料、人工智慧等技術的不斷發展進步,單兵外骨骼勢必愈發完善成熟,向著防護水準高、運動能力強、增加健康監測以及與數字化單兵武器系統相融合等方向發展。一旦單兵“外挂”成功“上線”,未來的每一名士兵都將成為戰場上智勇雙全的“超級戰士”。

 

責任編輯:胡光曲

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