机械外骨骼挑战500公斤（漫谈机械外骨骼）

出品：科普中国

作者：银翼工作室

监制：光明网科普事业部

说到机械外骨骼，许多人都会想起那些寄托情怀的诸多动漫和影视作品，相比于机械外骨骼在动漫和影视作品中大杀四方拯救世界的威风形象，现实世界里的机械外骨骼大多还处在“蹒跚学步”的初级阶段，但是我们不能因为正在被设计和实验的那些或笨拙或粗糙的“初代机”而气馁，想想当年的航空先驱们面对被人嘲讽为“书架”的早期飞机，再看看如今翱翔天际的隐身战机，不得不说人要是没有梦想跟咸鱼有什么区别。况且有些影视作品中的机械外骨骼才是人们心里所期待的形象，下面就来简单说一说机械外骨骼的相关问题。

电影《环太平洋》中的机甲

步兵负重和持续机动的问题亟需解决

众所周知，从二战时期到现在，许许多多的军事技术都发生了翻天覆地的变化，比如战斗机动力从活塞发动机螺旋桨一路升级到涡轮喷气发动机，速度从六七百公里每小时提升到两三倍音速，还有一些性能参数，由于种种自然和物理规律的限制还有设计上的权衡，没有取得什么重大突破的，比如舰船的航速，同样是常规动力的埃塞克斯级和小鹰级航空母舰，最大航速都是32节。

其实相对于人类在这百年间沧海桑田般的科技爆发，进步最小的，就是人类本身。科技的进步和公共卫生服务的普及大大提高了人口平均预期寿命，但是人体本身，却没什么合适的科学手段去强化。从战争和军事技术的角度去看人体的话，一千年前步兵长枪手就可以披挂三十几公斤的重型札甲投入战斗，现在步兵负重也不过如此，美军还总抱怨负重过大造成士兵肌肉和骨骼损伤，最糟糕的是，目前士兵的负重毫无减轻的趋势，杂七杂八的东西越来越多，而且看来看去其中好像没什么是可以丢弃的。

负重的美军士兵

各国发展未来步兵计划时，给步兵增加的计算机火控系统、信息化装备和这些电子设备的电池进一步加重了步兵的负担，目前士兵不断增加的负重和几乎从未增长的体能之间的矛盾已经达到白热化的程度，更别提在一些国家里还出现了士兵整体身体素质开倒车的现象。既然不能增强人体，那就利用最新的科技给士兵打造一个助力器让他们拥有更强的负重和机动能力，来应对越来越复杂的地面战场和自己越发沉重的装备吧，这就是现阶段军用机械外骨骼的作用。

但实际上，机械外骨骼要解决的另外一个问题，也跟士兵的负重有关，从火枪火炮淘汰了铠甲开始，步兵武器的“矛”一直强于步兵防护的“盾”，直到现代防弹材料的发展给了步兵足以对抗自己手中武器的单兵护具，而且这不再是复杂昂贵的铠甲，是可以大规模制造和装备的工业品，二战后的步兵武器中等威力和小口径化的浪潮发展至今，遭遇了无比尴尬的状况---步兵武器的威力显得不足了。

明显超重的美国陆军士兵

目前轻武器的潜力几乎已经挖掘殆尽，经过了防弹护甲和信息化加成的步兵，已经拿不动威力更大的武器了。美军在越战开始时装备的M14步枪就存在着弹药过重的问题，但是现在随着NIJⅢ级甚至Ⅳ级防弹衣的普及，连这种过去带着嫌重的全威力弹药都没法保证击穿步兵的护甲，而且由于步兵武器涉及面过广，换装新的步兵武器或者新弹药都是代价非常巨大的，这也是各国步兵武器“缝缝补补又三年”的重要原因。

这些就是机械外骨骼急需解决的问题，本质上都是要增加步兵的负重和持续机动能力。想象一下，如果每一名步兵都能拿起通用机枪级别的武器，身负足够的弹药，坚固的护甲和先进的信息化装备，更不要说突破了重量限制后完全可能研发出来的能够穿透敌方护甲的大威力武器和能精确制导的单兵武器，这，也许就是未来步兵的模样吧。理想很丰满，现实很残酷，现在的机械外骨骼，更像是某种助残设备，只能帮助士兵搬运重物或者进行有限的机动。

动力和能源是另一致命弱点

对于影视作品里看起来威风凛凛的机械外骨骼乃至动力机甲，人们在潜意识里总有着“更高、更大、更强”的期待，遗憾的是更高更大不意味着就会更强。

电影《星河战队 火星叛国者》中的机械外骨骼步兵

针对人体进行强化的机械外骨骼，脆弱这个缺点并不是很突出，因为在现代战场上人体本身就非常脆弱，机械外骨骼可以给士兵更好的负重能力，可以让士兵有更强大的火力、机动和防护，但是如果想把人形战斗机甲做得“高大上”，从军事角度看绝对不是一个好主意，因为人形机器人的弱点实在太多又没法进行集中防护，就算人形战斗机甲在机动性上有所突破，在火力和防护方面也是绝无可能超过目前可预见的地面装甲战斗车辆的。

这里就不考虑过于科幻的大型和超大型动力机甲了，仅从单兵机械外骨骼来看，电池似乎是唯一比较可靠的动力来源，但是我们之前说过，过重的电池和信息化装备已经成了压倒步兵的最后一根稻草，而目前电池的技术水平放到机械外骨骼这种对动力可靠性和续航力要求都非常高的载体身上，实在没法达成一个令人满意的结果。以目前的技术水平，有些机械外骨骼实验的时候还拖着电缆，更不要说满足军方对可靠性和续航力的要求了。

让我们来看看这一款由洛克希德·马丁公司推出的可大幅度增加士兵负重能力的金属骨架。这种新型装备全称“人类负重外骨骼”（简称HULC），是一种能够通过提供外力来满足士兵对机动性和支撑性需要的机器人技术装备。

洛·马公司介绍称，HULC系统的最大负重量可以达到90.7千克，据介绍，HULC是一种模仿人体结构特点设计的外穿型机械骨骼，内部配备有液压传动装置和可像关节一样弯曲的结构设计，不但能够直立行进，还可完成下蹲和匍匐等多种相对复杂的动作。

这款看起来非常完美的机械外骨骼由于总重七公斤的电池性能的限制，只能在负重状态下支撑一个小时，它也许可以满足后勤部队和炮兵的需求，但是身处前线的步兵是没法接受续航力不足的机械外骨骼的。

遗憾的是影视作品中对机械外骨骼的动力也没有什么理想的方案，大多数时候都是用黑科技来解决，但是就算强如钢铁侠，在作战的时候也会因为发射武器过多或者飞行太久而出现动力不足的窘状，看来动力和能源，才是目前制约机械外骨骼发展最大的问题。

说了这么多机械外骨骼需要解决的问题和机械外骨骼自身还需要解决的问题，其实现在已经出现了一种新的趋势---机器的智能化和无人化，这点从一些影视作品里也能看出些名堂，比如钢铁侠旗下可以自主作战的无人钢铁战甲和环太平洋2里面不需要驾驶员亲自上阵可以远程操控的新一代机甲。

换句话说如果可以研制出堪用的步兵机械外骨骼，那么同等条件下，把人体所占的空间替换成机器，就一定可以研制出比装备了机械外骨骼的步兵更强大的战斗机器人，所以，未来的机械外骨骼，到底是增强步兵的机甲，还是食之无味的鸡肋？让我们拭目以待吧。（本文图片均来自网络）

科普百分百·助力科普中国，让科学知识在网上和生活中流行起来。温馨提示：以上为科普百分百网上阅读所浏览内容，转载分享只为知识传播和学习宣传，本文内容仅代表原作者观点，如有意见建议，请私信留言，我们会及时处理。欢迎关注，谢谢。