內(nèi)容摘要：當(dāng)前世界上很多國(guó)家為了應(yīng)對(duì)新軍事變革,，都在制定和實(shí)施未來單兵系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)劃，以求搶占軍事制高點(diǎn),，但由于這些系統(tǒng)融入了各種先進(jìn)的軍事裝備,，士兵的負(fù)重也大大增加,，不利于任務(wù)的及時(shí)完成，外骨骼裝備的出現(xiàn)及應(yīng)用將改變這種局面,。外骨骼裝備既可以為士兵增強(qiáng)負(fù)重能力,，也可以作為一個(gè)非常不錯(cuò)的武器搭載平臺(tái)，通過集成多種先進(jìn)武器裝備使普通士兵成為一個(gè)強(qiáng)大的作戰(zhàn)單元,，同時(shí)無需考慮過多的負(fù)重對(duì)士兵的影響,。外骨骼裝備將在未來單兵系統(tǒng)中起到重要作用，具有廣闊的應(yīng)用前景,。

關(guān)鍵詞：單兵系統(tǒng),；外骨骼；應(yīng)用前景

一,、研究背景

當(dāng)前世界上很多國(guó)家著眼于未來的戰(zhàn)爭(zhēng)需要,，都在大力發(fā)展自己的未來單兵系統(tǒng)，目前著名的有美國(guó)的陸地勇士（Land Warrior）計(jì)劃,，如圖1所示,。俄羅斯的狼/士兵2000系統(tǒng)（Project-Wolf/Soldier2000）、法國(guó)的未來步兵（FELIN）和以色列的“阿諾格”計(jì)劃（ProjectAnog）,，如圖2所示,。這些系統(tǒng)都集合了眾多的先進(jìn)技術(shù)裝備，將單兵的作戰(zhàn)能力與以前相比提高了很多,，雖然采用了多種新型材料來減輕部分裝備的重量,，但是單兵的負(fù)載還是過重，不利于單兵的快速行進(jìn)和任務(wù)的及時(shí)完成。對(duì)未來作戰(zhàn)而言,，城市中的巷戰(zhàn)將成為主要的作戰(zhàn)形式,，各種重型武器將很難發(fā)揮作用，更多的軍事任務(wù)將落在步兵的身上,，而越來越多的單兵裝備讓普通士兵在行軍時(shí)疲憊不堪,，外骨骼裝備的出現(xiàn)很好的解決了這個(gè)問題。

外骨骼實(shí)質(zhì)上是一種可穿戴機(jī)器人^[1],，是一種可以讓人穿戴的機(jī)械裝置,，它將人類的智力和機(jī)器人的“體力”結(jié)合在一起，依靠人的智力來控制機(jī)器人,，通過機(jī)器人來完成僅靠人的自身能力無法單獨(dú)完成的任務(wù)^[2],。美國(guó)在這方面的研究走在了前列，五角大樓認(rèn)為,，未來單兵系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)機(jī)器人化,，并責(zé)成國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局負(fù)責(zé)，撥款5000萬美元從事外骨骼機(jī)器人項(xiàng)目的研究,，作為這個(gè)系統(tǒng)中的一部分,，這種金屬外骨骼可以讓普通士兵在負(fù)重較大的情況下依然健步如飛，更重要的是它有望成為各種武器裝備的支架,，從而大幅度提升單兵的作戰(zhàn)能力,。近年來外骨骼機(jī)器人的研究開發(fā)已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)、機(jī)電工程,、自動(dòng)控制,、生物工程以及人工智能等學(xué)科領(lǐng)域中一個(gè)新的研究熱點(diǎn)^[3]，并在軍事,、科研,、工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中逐步得到了廣泛的應(yīng)用。

圖1 美國(guó)的陸地勇士

圖2 法國(guó)的未來士兵系統(tǒng)

二,、研究現(xiàn)狀

近年來代表性的研究成果主要有伯克利大學(xué)下肢外骨骼助力裝置（BLEEX）系統(tǒng),，如圖3所示。某公司XOS2外骨骼系統(tǒng),，如圖4所示,。某公司HULC系統(tǒng)，如圖5所示,。俄羅斯“某”系統(tǒng),，如圖6所示。BLEEX系統(tǒng)雖然可以幫助士兵多負(fù)載32kg的重量^[4],，但還不是一個(gè)實(shí)用機(jī)械,，它的體積過大,，對(duì)使用者的動(dòng)作有限制，致使應(yīng)用環(huán)境受到限制,，可靠性和自持能力還有待提高,，因此作為軍事用途還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求。XOS2骨骼系統(tǒng)是美國(guó)雷神公司研制的第二代外骨骼裝置,，由傳感器,、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制器等組成，利用高壓液壓驅(qū)動(dòng),。XOS2可使穿戴者將質(zhì)量約90kg的重物反復(fù)舉起幾百次而不感到疲勞,，其提供的動(dòng)力還可使穿戴者重復(fù)擊穿76mm厚的木板。

圖3 BLEEX系統(tǒng)

圖4 XOS2系統(tǒng)

但目前“XOS2”有一個(gè)重大缺陷,，就是XOS2還要拖著一條電線才行，而自帶的電池只能使用40min,，所以很難與未來單兵系統(tǒng)相融合,。某公司 HULC系統(tǒng)的最大負(fù)重量可以達(dá)到100kg以上，這些負(fù)重全部由背上的托盤承擔(dān),，然后通過機(jī)械腿直接傳遞到地面,，穿戴者幾乎感覺不到任何重量。HULC系統(tǒng)配備了某公司的燃料電池,，能夠持續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)72h,，在一次充滿電后，HULC可保證穿著者以4.8km/h的速度背負(fù)90kg重物持續(xù)行進(jìn)1個(gè)小時(shí),，而穿著外骨骼的奔跑沖刺速度可達(dá)到16km/h,。目前，作為最接近實(shí)戰(zhàn)需要的外骨骼裝備,，HULC系統(tǒng)已經(jīng)少量的裝備美軍,。作為美軍現(xiàn)役的外骨骼裝備，HULC系統(tǒng)是一個(gè)非常不錯(cuò)的平臺(tái),，未來可以在這個(gè)平臺(tái)上裝備很多適合戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)的單兵裝備,，而不需考慮過多的負(fù)重給士兵帶來的影響。俄羅斯將在2015年前研制并裝備的新式作戰(zhàn)服“士兵—21”全稱為“外骨骼機(jī)器人”,，目標(biāo)是全面提高士兵的作戰(zhàn)能力,。“勇士—21”系統(tǒng)包括金屬腿,、背包式外架和相應(yīng)的動(dòng)力設(shè)備,，并配有活力攻擊、控制,、生命及能源保障等裝備,。這套裝備與士兵身體的有效結(jié)合，幫助其承擔(dān)95%的身體負(fù)重，以保證步兵在攜帶重物時(shí)仍能飛奔^[5],。

圖5 HULC系統(tǒng)

圖6 “勇士—21”系統(tǒng)

三,、應(yīng)用前景

外骨骼機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的人機(jī)耦合的一體化系統(tǒng)^[6]，有著廣泛的軍事應(yīng)用潛力,。以上幾個(gè)外骨骼裝備都集成了控制,、能量、結(jié)構(gòu),、促動(dòng)和生物機(jī)械學(xué)等方面的最新科技成就,，它們的目標(biāo)就是與未來單兵系統(tǒng)相結(jié)合，使普通士兵成為“超人”,。憑借外骨骼可以讓士兵有效減負(fù)的作用,，武器系統(tǒng)可以直接安裝在套裝系統(tǒng)上，使士兵成為一個(gè)武器平臺(tái),。在世界各國(guó)研制未來單兵系統(tǒng)的過程中,，大力發(fā)展和應(yīng)用外骨骼技術(shù)成為一種趨勢(shì)。美國(guó)陸軍正在開發(fā)一套集成納米技術(shù),、外骨骼和流體身體護(hù)甲的未來單兵系統(tǒng),，其中外骨骼裝備將承擔(dān)這套系統(tǒng)的絕大部分重量。這種外骨骼裝備由輕質(zhì)復(fù)合設(shè)備組成,，這些設(shè)備連接到士兵腿部來增強(qiáng)力量,，整個(gè)外骨骼最多可將搬運(yùn)能力提高300%，可以讓體重為40多公斤的男性或女性將重100多公斤的男性或女性抱離或背離戰(zhàn)場(chǎng),，而根本感覺不到有多少負(fù)重,。如果外骨骼能夠感應(yīng)人體活動(dòng)并對(duì)其及時(shí)做出反應(yīng)，能夠提供足夠強(qiáng)大的能量源,，將來自能量源的能量轉(zhuǎn)換為可用的促動(dòng)能量并輔助穿戴者開展活動(dòng),，那么外骨骼裝備將在未來的單兵系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前擺在開發(fā)者面前的挑戰(zhàn)是巨大的,，為了開發(fā)出這種外骨骼,，新的設(shè)備和發(fā)明將不斷涌現(xiàn)，未來的外骨骼系統(tǒng)將裝備更加先進(jìn)的軟件,、更加耐用的電池,，采用使用度更廣的設(shè)計(jì)，并和先進(jìn)的武器裝備相融合,，使普通士兵成為可以在負(fù)重較多的情況下跳過較高物體和快速奔跑的超級(jí)戰(zhàn)士,。在不久的將來，飛行能力也將被集成到外骨骼裝備中,，從而使士兵的作戰(zhàn)范圍和能力超越傳統(tǒng)的概念^[7],?？梢韵胂螅绻胀ㄊ勘┥狭艘呀?jīng)融合各種先進(jìn)武器的外骨骼裝備,，那么他們的戰(zhàn)斗力將會(huì)多么恐怖,。他們可以在負(fù)重更多的情況下，以更快速,、更強(qiáng)大的火力投入戰(zhàn)斗,。同時(shí)，如果后勤保障部隊(duì)裝備了外骨骼,，那么一個(gè)普通士兵就可以做到平時(shí)需要幾個(gè)人才能搬運(yùn)的炮彈等物資,，大大的減少后勤補(bǔ)給時(shí)間和人員，從而極大的提高部隊(duì)的作戰(zhàn)能力,。

隨著科技的進(jìn)步,，外骨骼同樣可以裝備于航天方面，輔助宇航員進(jìn)行空間活動(dòng),?；蛟S不久的以后，集合了各種先進(jìn)技術(shù)的外骨骼就會(huì)像《鋼鐵俠》中的那套鋼鐵戰(zhàn)衣一般,，具有非凡的能量，可以讓普通士兵成為像史塔克那樣的超人,。

四,、總結(jié)

外骨骼作為可以改變士兵戰(zhàn)場(chǎng)生存環(huán)境的一種新技術(shù)，或許因?yàn)樗某霈F(xiàn),，未來的戰(zhàn)爭(zhēng)形式將發(fā)生根本性的改變,。目前外骨骼技術(shù)在國(guó)際上發(fā)展迅速，作為未來步兵的必備科技,，各國(guó)都在加緊研究外骨骼技術(shù),，并將其和未來的單兵系統(tǒng)相融合，通過提高單兵作戰(zhàn)能力從而提升整個(gè)部隊(duì)的戰(zhàn)斗力,。雖然還有很多技術(shù)問題需要解決,，但還是有廣闊應(yīng)用前景的。