自鋼鐵俠搬上銀幕以來，托尼·斯塔克總共制造了42套鋼鐵俠裝甲。在最近剛剛上映的新電影《復(fù)仇者聯(lián)盟2：奧創(chuàng)紀(jì)元》中，我們的土豪工程師又推出了第43套裝甲MK XLIII和第44套Hulkbuster——也就是著名的“浩克終結(jié)者”。MK XLIII比起前套MK XLII并沒有實(shí)質(zhì)變化，只是外觀中紅色所占比重大了些，而功能也僅僅是多了紅外線掃描，允許操作者看穿墻面。

MK XLIII。圖片來源：wikia.com

而浩克終結(jié)者則是斯塔克專門為和綠巨人干架設(shè)計的。這套裝甲高11英尺（約3.4米），體積是綠巨人的兩倍，由8個方舟反應(yīng)堆驅(qū)動，是迄今為止最大、最高、最沉的鋼鐵俠裝甲。浩克終結(jié)者的顏色依舊以紅金為主色，身上裝有多個沖擊光束可進(jìn)行攻擊，而該裝甲最重要的新特性是它配有一個名叫“維羅妮卡（Veronica）”的衛(wèi)星，可以隨時為在戰(zhàn)斗中損壞的裝甲提供新的配件。

浩克終結(jié)者。圖片來源：wikia.com

鋼鐵俠裝甲在我們的現(xiàn)實(shí)生活中是有原型的，這類裝甲被統(tǒng)稱為“機(jī)械外骨骼”（exoskeleton）。電影中斯塔克以驚人的速度更新著他的裝甲 ，而在現(xiàn)實(shí)生活中，科學(xué)家的研發(fā)速度遠(yuǎn)沒有這么快。讓我們來細(xì)數(shù)一下已存在的機(jī)械外骨骼設(shè)計與鋼鐵俠套裝還有怎樣的差距吧。

軍方的那些“鋼鐵俠”

目前，現(xiàn)實(shí)中最接近鋼鐵俠的機(jī)械外骨骼有兩套，其一就是洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）的“HULC”，另一個則是雷神公司（Raytheon）的“XOS 2”。

洛克希德·馬丁公司的HULC。圖片來源：military.china.com

雷神公司的XOS 2。圖片來源：prnewswire.com

都是DARPA的“陰謀”

如果往前看幾年，HULC和XOS 2之間是相當(dāng)有淵源的，并且從開始的研發(fā)到最后的產(chǎn)品間也是充滿了故事。

故事要從大名鼎鼎的神盾局，啊不，美國國防先進(jìn)研究項目局（Defense Advanced Research Projects Agency，簡稱DARPA）說起。2000年時，DARPA撥款5000萬美元成立了人類行動強(qiáng)化外骨骼項目（EHPA）。當(dāng)時，DARPA 從23份提案中選出了加州大學(xué)伯克利分校、薩克羅斯研究所、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室 以及米倫紐姆噴氣機(jī)有限公司作為主承包商，讓這些機(jī)構(gòu)或公司去研究可以增強(qiáng)士兵速度、力量和耐力的機(jī)械外骨骼。

其中，加州大學(xué)伯克利分校得到了1100萬美金，用以研究可增強(qiáng)下肢能力的機(jī)械外骨骼技術(shù)，并于2004年由其下屬的人體工程和機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室成功研發(fā)出伯克利下肢外骨骼（BLEEX）——這就是HULC的原型。

HULC的原型：伯克利下肢外骨骼（The Berkeley Lower Extremity Exoskeleton ，簡稱BLEEX）。圖片來源：berkeley.edu

2005年，BLEEX研發(fā)成員成立了Berkeley ExoWorks公司，并推出第二代產(chǎn)品：ExoHiker和ExoClimber，兩者都可以讓穿戴者毫無壓力地搬運(yùn)約68千克重的背包。

2007年公司更名為Berkeley Bionics（2011年又改名為Ekso Bionics），并于2009年推出HULC，同時授權(quán)洛克希德·馬丁公司在軍事領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行推廣。HULC由背包式外架，金屬腿框架及相應(yīng)的液壓驅(qū)動設(shè)備組成，穿戴者攜帶的負(fù)荷不會作用在本人身上，而是直接經(jīng)由機(jī)械外骨骼傳至地面。HULC的功能主要包括力量增強(qiáng)和耐力增強(qiáng)兩項。力量增強(qiáng)體現(xiàn)在士兵佩戴后可搬運(yùn)90千克的重物而毫無感覺；耐力增強(qiáng)體現(xiàn)為在3.2km/s的行動速度下可降低5%~12%的氧氣消耗。

由背包式外架，金屬腿框架及相應(yīng)的液壓驅(qū)動設(shè)備構(gòu)成的HULC。圖片來源：wired.com

而Sarcos Research則分到了990萬美金，用以研究全身機(jī)械外骨骼。他們于2006年發(fā)表了第一款原型機(jī)——XOS 1，這也是XOS 2的原型。XOS 1搬運(yùn)重量的實(shí)際和察覺比為6：1，也就是說搬運(yùn)60千克的重物時，穿戴者會感到只搬運(yùn)了10千克。2007年，雷神公司收購了Sarcos，并在2010年推出XOS 2。XOS 1當(dāng)初設(shè)計的目的最主要是證明理論的可行性，XO2才對性能有了更高的要求，需要更輕、更快、更強(qiáng)的設(shè)計，并且需要降低能源消耗。相比第一代產(chǎn)品，XOS 2的重量輕了10%，搬運(yùn)重量的實(shí)際和察覺比為17：1， 能源消耗也降低了50%。

XOS 1。圖片來源：popsci.com

XOS 2。圖片來源：engadget.com

XOS的原理是當(dāng)身體運(yùn)動時，力量傳感器（sensor）將運(yùn)動部位的力量大小用信號的方式傳送到電腦。電腦（computer）會計算機(jī)械外骨骼的運(yùn)動，并算出如何最大程度降低使用者的用力。然后，電腦會將信號傳輸?shù)介y門（valves），通過控制高壓液體的流動來控制關(guān)節(jié)處的圓柱制動器（cylinder actuator）移動，并拉動線纜（cables）去驅(qū)動機(jī)械外骨骼——就跟我們的肌肉似得。XOS共有30個制動器來控制不同關(guān)節(jié)。

XOS的工作原理示意圖。圖片來源：popsci.com

另外那邊，米倫紐姆噴氣機(jī)有限公司（后改名為Trek Aerospace）也分得了510萬美金，用以研制單人垂直起降的飛行外骨骼“SoloTrek XFV”，并于2005年研制成功。SoloTrek XFV通過汽油驅(qū)動兩側(cè)的管道風(fēng)扇，以100 km/h的速度持續(xù)飛行2個小時。在電腦模擬的情況下，飛行高度可達(dá)到8000英尺（約2400米）的飛行高度——這也算是彌補(bǔ)了HULC和XOS 2 不能飛的遺憾吧。

靠兩側(cè)的管道風(fēng)扇驅(qū)動飛行的SoloTrek XFV。圖片來源：nasa.gov

后起之秀

在此之后，美國又成立了兩項新的機(jī)械外骨骼項目，但樣機(jī)還在研發(fā)過程中，沒有對外開放。

其中，美國特種作戰(zhàn)司令部（U.S. Special Operations Command ，簡稱SOCOM） 在2013年向外界透露，他們正在研究一個名為“Tactical Assault Light Operator Suit”（TALOS） 的項目。按照計劃，TALOS全部由防彈材料制成，該裝備能降低光線和噪音的干擾，增強(qiáng)士兵的身體機(jī)能，具有環(huán)境感知能力，此外還可以顯示戰(zhàn)場信息，裝備內(nèi)還安裝有溫度管理以及醫(yī)療監(jiān)視設(shè)備等。現(xiàn)在，TALOS已經(jīng)吸引了56家企業(yè)，16個政府部門，13所大學(xué)和10家國家實(shí)驗(yàn)室參與競標(biāo)，并準(zhǔn)備于2018年推出第一套樣品。

2012年的芝加哥車展上，軍方在向人們展示2032年的士兵應(yīng)該是什么樣子。圖片來源：defensemedianetwork.com

另一個項目是2011年DARPA（對，又是他們）提出的“The Warrior Web” 項目。該項目希望能研制出一套材質(zhì)柔軟輕便的裝甲，用來降低負(fù)重的士兵在長途奔襲中關(guān)節(jié)和肌肉受傷的幾率。整個項目分為兩個階段，第一個階段是從2011年9月到2013年第三季度，現(xiàn)已完成。內(nèi)容主要是對單項技術(shù)進(jìn)行獨(dú)立的研究，比如關(guān)節(jié)部位的支撐、肌骨骼勞損的減緩、士兵行動和負(fù)重的動力建模等。最后由哈佛大學(xué)、斯坦福大學(xué)以及波士頓動力公司等機(jī)構(gòu)競標(biāo)成功。

第二階段是從2014年第一季度到2016年第三季度，主要是第一階段中各項技術(shù)的融合，并制作出第一代樣品。其中研制出HULC的Ekso Bionics公司得到了波士頓動力公司的分合同，成功進(jìn)入第二階段的研究。

材質(zhì)柔軟輕便，主要用來減輕長途跋涉時腿部關(guān)節(jié)負(fù)擔(dān)的The Warrior Web。圖片來源：army.mil

無論是正在研制的TALOS和The Warrior Web，還是已經(jīng)有樣品的HULC和XOS 2，目的都是應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，目前還都沒有量產(chǎn)及推廣，大多只停留在實(shí)驗(yàn)室或者小規(guī)模的測試階段。但在其他領(lǐng)域，機(jī)械外骨骼已經(jīng)取得了很好發(fā)展，并成功得到了商業(yè)上的推廣。

鋼鐵俠做不到的，我們也可以：

醫(yī)療領(lǐng)域的機(jī)械外骨骼

在醫(yī)療領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的有兩個產(chǎn)品，一是日本筑波大學(xué)和Cyberdyne公司于1995年聯(lián)合研制的混合輔助性肢體（Hybrid Assistive Limb，簡稱HAL）。2013年，HAL的第五代產(chǎn)品HAL 5也已上市，同年2月獲得了國際安全認(rèn)證，是第一家獲得該認(rèn)證的機(jī)械外骨骼。同年8月，HAL 5獲得歐盟認(rèn)證，允許其在歐盟境內(nèi)進(jìn)行醫(yī)學(xué)治療。

HAL 5。圖片來源：businessinsider.com

比起使用力學(xué)傳感器來接收穿戴者運(yùn)動信息的XOS， HAL采用的方法是收集穿戴者神經(jīng)信號。當(dāng)穿戴者試圖移動身體時，神經(jīng)信號會通過運(yùn)動神經(jīng)元從大腦傳輸?shù)郊∪?，從而帶動穿戴者的肌肉骨骼系統(tǒng)。此時，皮膚表面會發(fā)出微弱的生物信號，所以穿戴HAL時，使用者需要將傳感器附著在皮膚上?；谶@些收集到的生物信號，再經(jīng)過相應(yīng)的處理后，HAL的動力系統(tǒng)會去驅(qū)動相應(yīng)的裝甲關(guān)節(jié)，輔助和增強(qiáng)穿戴者的移動。

HAL主要功能是輔助殘疾人和老人的日常生活以及病人的長期復(fù)健，也可協(xié)助體力工作者的日常勞作，比如護(hù)士移動病人以及建筑工人搬磚等。截至到2012年10月， 日本已經(jīng)有300多套HAL應(yīng)用于130家醫(yī)療機(jī)構(gòu)或養(yǎng)老院。2014年，日本的建筑承包商株式會社大林組（Obayashi Corporation）也將其引進(jìn)到了建筑領(lǐng)域（用來搬磚）。

另一家成功的醫(yī)療外骨骼公司是Ekso Bionics，他們將HULC委托給洛克希德·馬丁公司進(jìn)行軍事領(lǐng)域的推廣后，又于2010年又推出了新的裝備Ekso（原名eLEGS）進(jìn)軍醫(yī)療領(lǐng)域。該產(chǎn)品的目標(biāo)是幫助截癱者和其他活動不便者站立和行走。Ekso重20千克，由液壓驅(qū)動，最高速度能達(dá)到3.2 km/h，電池可持續(xù)6個小時。

幫助截癱者和其他活動不便者站立和行走的Ekso（原名eLEGS）。圖片來源：inquisitr.com

眼光再遠(yuǎn)一點(diǎn)：其他領(lǐng)域的機(jī)械外骨骼呢？

2014年，洛克希德·馬丁公司又在HULC的基礎(chǔ)上推出了FORTIS，幫助操作者攜帶重型工具，并以站立或跪立的姿勢來操作工具，最高可毫無重量感的裝配16.3千克的工具，并提高2~27倍的工作效率。2014年，美國海軍宣布采購2臺FORTIS進(jìn)行測試和評估——這也是其第一次工業(yè)應(yīng)用。

洛克希德·馬丁公司2014年推出的FORTIS。圖片來源：military.china.com

NASA在2012年的時候也宣布，他們正在和佛羅里達(dá)人與機(jī)器認(rèn)知研究所（Florida Institute for Human and Machine Cognition）進(jìn)行機(jī)械外骨骼研究，取名為The X1 Mina。The X1 Mina是兩用的機(jī)械外骨骼，一方面可協(xié)助宇航員進(jìn)行長距離太空任務(wù)，另一方面也可以在地球上幫助下肢癱瘓者行走。目前，樣品已在宇宙空間站進(jìn)行測試了。

The X1 Mina。圖片來源：nasa.gov

如果普通消費(fèi)者想體驗(yàn)一下機(jī)械外骨骼，可以嘗試一下法國RB3D公司開發(fā)的HERCULE。2013年推出的HERCULE V3是針對民用領(lǐng)域設(shè)計的，專注于力量輔助、負(fù)責(zé)搬運(yùn)重物和操控工具。HERCULE V3也可被當(dāng)作是一個移動平臺，根據(jù)工業(yè)需求來搭配各種機(jī)械上肢。

HERCULE V3。圖片來源：rb3d.com

小聲說，其實(shí)我覺得有點(diǎn)像這個。圖片來源：plurk.com

最后再贈送一個逗比版的機(jī)械外骨骼吧，網(wǎng)絡(luò)俗稱“為保護(hù)妹子而生的機(jī)械外骨骼”。這款機(jī)械外骨骼是由日本佐川電子株式會社（Sagawa Electronics）研制的，正式名字是Powered Jacket MK3，高約2.25米，重約25千克。重點(diǎn)是限量只有5臺，售價約合76萬人民幣。（編輯：球藻怪）

妹子守護(hù)者，Powered Jacket MK3。圖片來源：gizmag.com