出品：科普中國
監製：光明網科普事業部
說到機械外骨骼，許多人都會想起那些寄託情懷的諸多動漫和影視作品，相比於機械外骨骼在動漫和影視作品中大殺四方拯救世界的威風形象，現實世界裡的機械外骨骼大多還處在“蹣跚學步”的初級階段，但是我們不能因為正在被設計和實驗的那些或笨拙或粗糙的“初代機”而氣餒，想想當年的航空先驅們面對被人嘲諷為“書架”的早期飛機，再看看如今翱翔天際的隱身戰機，不得不說人要是沒有夢想跟鹹魚有什麼區別。況且有些影視作品中的機械外骨骼才是人們心裡所期待的形象，下面就來簡單說一說機械外骨骼的相關問題。
電影《環太平洋》中的機甲
步兵負重和持續機動的問題亟需解決
眾所周知，從二戰時期到現在，許許多多的軍事技術都發生了翻天覆地的變化，比如戰鬥機動力從活塞發動機螺旋槳一路升級到渦輪噴氣發動機，速度從六七百公里每小時提升到兩三倍音速，還有一些性能參數，由於種種自然和物理規律的限制還有設計上的權衡，沒有取得什麼重大突破的，比如艦船的航速，同樣是常規動力的埃塞克斯級和小鷹級航空母艦，最大航速都是32節。
其實相對於人類在這百年間滄海桑田般的科技爆發，進步最小的，就是人類本身。科技的進步和公共衛生服務的普及大大提高了人口平均預期壽命，但是人體本身，卻沒什麼合適的科學手段去強化。從戰爭和軍事技術的角度去看人體的話，一千年前步兵長槍手就可以披掛三十幾公斤的重型札甲投入戰鬥，現在步兵負重也不過如此，美軍還總抱怨負重過大造成士兵肌肉和骨骼損傷，最糟糕的是，目前士兵的負重毫無減輕的趨勢，雜七雜八的東西越來越多，而且看來看去其中好像沒什麼是可以丟棄的。
負重的美軍士兵
各國發展未來步兵計劃時，給步兵增加的計算機火控系統、信息化裝備和這些電子設備的電池進一步加重了步兵的負擔，目前士兵不斷增加的負重和幾乎從未增長的體能之間的矛盾已經達到白熱化的程度，更別提在一些國家裡還出現了士兵整體身體素質開倒車的現象。既然不能增強人體，那就利用最新的科技給士兵打造一個助力器讓他們擁有更強的負重和機動能力，來應對越來越複雜的地面戰場和自己越發沉重的裝備吧，這就是現階段軍用機械外骨骼的作用。
但實際上，機械外骨骼要解決的另外一個問題，也跟士兵的負重有關，從火槍火炮淘汰了鎧甲開始，步兵武器的“矛”一直強於步兵防護的“盾”，直到現代防彈材料的發展給了步兵足以對抗自己手中武器的單兵護具，而且這不再是複雜昂貴的鎧甲，是可以大規模製造和裝備的工業品，二戰後的步兵武器中等威力和小口徑化的浪潮發展至今，遭遇了無比尷尬的狀況---步兵武器的威力顯得不足了。
明顯超重的美國陸軍士兵
目前輕武器的潛力幾乎已經挖掘殆盡，經過了防彈護甲和信息化加成的步兵，已經拿不動威力更大的武器了。美軍在越戰開始時裝備的M14步槍就存在著彈藥過重的問題，但是現在隨著NIJⅢ級甚至Ⅳ級防彈衣的普及，連這種過去帶著嫌重的全威力彈藥都沒法保證擊穿步兵的護甲，而且由於步兵武器涉及面過廣，換裝新的步兵武器或者新彈藥都是代價非常巨大的，這也是各國步兵武器“縫縫補補又三年”的重要原因。
這些就是機械外骨骼急需解決的問題，本質上都是要增加步兵的負重和持續機動能力。想象一下，如果每一名步兵都能拿起通用機槍級別的武器，身負足夠的彈藥，堅固的護甲和先進的信息化裝備，更不要說突破了重量限制後完全可能研發出來的能夠穿透敵方護甲的大威力武器和能精確制導的單兵武器，這，也許就是未來步兵的模樣吧。理想很豐滿，現實很殘酷，現在的機械外骨骼，更像是某種助殘設備，只能幫助士兵搬運重物或者進行有限的機動。
動力和能源是另一致命弱點
對於影視作品裡看起來威風凜凜的機械外骨骼乃至動力機甲，人們在潛意識裡總有著“更高、更大、更強”的期待，遺憾的是更高更大不意味著就會更強。
電影《星河戰隊 火星叛國者》中的機械外骨骼步兵
針對人體進行強化的機械外骨骼，脆弱這個缺點並不是很突出，因為在現代戰場上人體本身就非常脆弱，機械外骨骼可以給士兵更好的負重能力，可以讓士兵有更強大的火力、機動和防護，但是如果想把人形戰鬥機甲做得“高大上”，從軍事角度看絕對不是一個好主意，因為人形機器人的弱點實在太多又沒法進行集中防護，就算人形戰鬥機甲在機動性上有所突破，在火力和防護方面也是絕無可能超過目前可預見的地面裝甲戰鬥車輛的。
這裡就不考慮過於科幻的大型和超大型動力機甲了，僅從單兵機械外骨骼來看，電池似乎是唯一比較可靠的動力來源，但是我們之前說過，過重的電池和信息化裝備已經成了壓倒步兵的最後一根稻草，而目前電池的技術水平放到機械外骨骼這種對動力可靠性和續航力要求都非常高的載體身上，實在沒法達成一個令人滿意的結果。以目前的技術水平，有些機械外骨骼實驗的時候還拖著電纜，更不要說滿足軍方對可靠性和續航力的要求了。
讓我們來看看這一款由洛克希德·馬丁公司推出的可大幅度增加士兵負重能力的金屬骨架。這種新型裝備全稱“人類負重外骨骼”（簡稱HULC），是一種能夠通過提供外力來滿足士兵對機動性和支撐性需要的機器人技術裝備。
洛·馬公司介紹稱，HULC系統的最大負重量可以達到90.7千克，據介紹，HULC是一種模仿人體結構特點設計的外穿型機械骨骼，內部配備有液壓傳動裝置和可像關節一樣彎曲的結構設計，不但能夠直立行進，還可完成下蹲和匍匐等多種相對複雜的動作。
這款看起來非常完美的機械外骨骼由於總重七公斤的電池性能的限制，只能在負重狀態下支撐一個小時，它也許可以滿足後勤部隊和炮兵的需求，但是身處前線的步兵是沒法接受續航力不足的機械外骨骼的。
遺憾的是影視作品中對機械外骨骼的動力也沒有什麼理想的方案，大多數時候都是用黑科技來解決，但是就算強如鋼鐵俠，在作戰的時候也會因為發射武器過多或者飛行太久而出現動力不足的窘狀，看來動力和能源，才是目前制約機械外骨骼發展最大的問題。
說了這麼多機械外骨骼需要解決的問題和機械外骨骼自身還需要解決的問題，其實現在已經出現了一種新的趨勢---機器的智能化和無人化，這點從一些影視作品裡也能看出些名堂，比如鋼鐵俠旗下可以自主作戰的無人鋼鐵戰甲和環太平洋2裡面不需要駕駛員親自上陣可以遠程操控的新一代機甲。
換句話說如果可以研製出堪用的步兵機械外骨骼，那麼同等條件下，把人體所佔的空間替換成機器，就一定可以研製出比裝備了機械外骨骼的步兵更強大的戰鬥機器人，所以，未來的機械外骨骼，到底是增強步兵的機甲，還是食之無味的雞肋？讓我們拭目以待吧。（本文圖片均來自網絡）
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