功率倍增的外骨骼正在缩小尺寸，以便在战场上使用

在《明日边缘》中，汤姆·克鲁斯身着笨重的机器人装甲在战场上飞奔，但在现实世界中，这并不现实。首先，它太大了。而驱动这种尺寸的装甲所需的能量（在早期发明家的一些设计中，是通过绑在背上的燃气发动机）会产生噪音，而且会向敌人暴露你正在接近的敌人。但大量新开发的外骨骼开始满足当今部队指挥官对精简和隐身的要求，他们认为这些动力辅助服对未来的作战任务至关重要。其中最有前途、也是最奇怪的是美国陆军研究实验室开发的“第三只手臂”，它可以帮助士兵在战场上携带和支撑武器。这种轻型装置重量不到 4 磅，悬挂在士兵身边，可以稳定重达 27 磅的步枪和机枪。这可以提高射击精度，并最大限度地减少疲劳。它甚至可以在地面上爬行时使用。

第三只手臂旨在消除的疲劳在战场上是致命的，大多数新式服装也同样旨在帮助士兵最大限度地减少携带大量补给包、武器和其他战场装备所需的能量。5 月，洛克希德马丁公司推出了其最轻的动力外骨骼，用于支撑下半身。这款名为 ONYX 的贴身服装类似于一张不显眼的运动支架网，可减少士兵在携带重达 100 磅的重物时在不同地形上行走、跑步和攀爬所需的体力。

这套服装使用跟踪传感器、机械膝关节执行器和基于人工智能的软件来预测关节运动，所有这些都可以减轻下背部和腿部的压力。它使用刚性和柔性组件，紧密贴合以使其更舒适，旨在增强用户的能力，而不是为他或她做任何实际工作。“该系统的机载计算机使用人工智能算法通过外骨骼读取和解释放置在关键位置的运动传感器，”洛克希德高级外骨骼项目经理 Keith Maxwell 解释说。“ONYX 跟踪腿部运动的方式，了解运动并提供助力，在恰当的时间为膝盖提供帮助。这可以减轻下肢的压力，增加体力和耐力。”

麦克斯韦尔认为，关键在于在恰当的时间提供辅助，以防止佩戴者与设备不同步或“对抗”。ONYX 与用户同步，但一旦它能够直接读取电脉冲，未来还有进一步改进的空间。“人体从思考到行动需要 75 毫秒，”麦克斯韦尔说，指的是大脑发出的电脉冲引发身体肌肉运动所需的时间。“我们正在进入控制回路——检测肌肉上的信号，并在肌肉运动的同时启动我们的运动。”

因此，外骨骼很快就成为穿戴者的第二天性，最终将运输的代谢“成本”——穿戴者的最大摄氧量——降低了 9%。换句话说，士兵们不必消耗那么多氧气来执行给定的任务，麦克斯韦说。消除这种优势有相关好处。它可以提高心理表现，降低骨骼和肌肉受伤的风险。此外，这种电动电池供电的套装，两块电池可使用 8 小时，四块电池可使用 16 小时，有助于在携带负载时均匀分布重量，帮助保持骨骼对齐。这可以避免过度压力和压力伤害。

作为净收益的一个例子，该公司表示，一名士兵通常可以做 26 次 185 磅的深蹲，而穿上 ONYX 后可以做 72 次类似的深蹲。“它不会让你变得更强壮或更快，但它会帮助你坚持更长时间，”经常佩戴外骨骼的麦克斯韦尔说，他指出这样做可以让他自己的膝盖受伤基本消失。在上周的一次服装演示中，他通过进行一次几乎毫不费力的深蹲展示了这一点，他说如果需要的话他可以坚持一个小时。

洛克希德工程师目前正在努力加固组件，使其能够经受住战场使用，并改进绑带，使其更加隐蔽和不显眼。他们还在调整安装过程，以确保士兵可以在战场上无需工具就能正确调整它。

虽然洛克希德的版本无疑是流线型的，但其竞争对手之一、总部位于波士顿的 Dephy 公司通过进一步最小化所需硬件，将外骨骼设计又向前推进了一步。该公司的 ExoBoot 提高了整体机动性，但将其物理存在限制在脚踝上。据 Dephy 联合创始人 Luke Mooney 介绍，许多外骨骼可以绕过人体框架，将士兵携带的负载转移到地面。但这些系统也因必须移动自身重量而受到阻碍。Dephy 的 ExoBoot 可以提供人工外部肌肉，专注于踝关节而不是膝盖，就像 ONYX 一样。“ExoBoot 通过提供踝关节周围的外部扭矩来减少小腿肌肉的用力，”Mooney 说。“减少肌肉用力可以减少操作员的用力（即代谢成本），同时也会减少肌肉力量和相应的关节力量。”

穆尼解释说，在没有辅助的情况下，即使在正常行走时，小腿肌肉也会对踝关节施加超过 1,000 磅的压力。跑步或负重时，这个数字要高得多。这款靴子使用电动机、板载传感器和控制器在脚踝周围施加扭矩。没有电源时，它感觉就像普通的靴子，虽然重了大约一磅，但电池和电子设备的大部分额外质量都位于小腿上部，使其感觉更轻。当你走几步时，控制器会分析力并开始通过微型电动机向踝关节提供补充扭矩。虽然穿着者一开始可以感觉到靴子的存在，以及它提供的机械增强，但他的身体很快就会适应，使它的存在变得不明显，因此不会分散注意力或阻碍——尽管该公司报告说，当靴子在使用过程中关闭时，习惯了它的用户描述他们的腿感觉像铅一样，然后恢复到更自然的感觉。 （不过，一旦靴子不再为他们的肌肉提供补充，那么显然劳累程度也会增加。）

由于这些系统仍在开发中，陆军和国防承包商均未透露估计的单位成本。当然，与许多军事创新一样，它们也有外部应用——急救人员在紧急和灾难情况下部署它们，以及商业和工业工人的无数用途——这也将有助于保持各方的开发和总体最终成本较低。

还有很多工作要做。例如，声学效果对军事用户来说至关重要。洛克希德发布的系统公开视频中没有声音，但在上周观察该系统时，可以听到声音——通过持续的机电吱吱声——但不是特别响亮。不过，马克斯韦尔表示，下一个版本将更安静。

该系统的测试最早将于今年年底在纽约州德拉姆堡的第十山地师进行实地试验。此类动力设备是美国陆军所谓的第三次抵消战略的一部分，该战略旨在利用机器人和人工智能来增强战场上人类的能力，而不是取代人类。

实际部署将取决于系统在试验中的表现，试验包括从平面和倾斜测试到陆军士兵的舒适性和可用性评估，以及因此可能需要的任何进一步增强或修改。但有一天，这些系统可能会让汤姆·克鲁斯笨重的装备变得轻便起来。