內(nèi)容摘要：當(dāng)前世界上很多國家為了應(yīng)對新軍事變革,，都在制定和實施未來單兵系統(tǒng)的發(fā)展計劃，以求搶占軍事制高點,，但由于這些系統(tǒng)融入了各種先進的軍事裝備,，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負(fù)重能力，也可以作為一個非常不錯的武器搭載平臺,，通過集成多種先進武器裝備使普通士兵成為一個強大的作戰(zhàn)單元,，同時無需考慮過多的負(fù)重對士兵的影響。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)前世界上很多國家著眼于未來的戰(zhàn)爭需要，都在大力發(fā)展自己的未來單兵系統(tǒng),，目前著名的有美國的陸地勇士（Land Warrior）計劃,，如圖1所示,。俄羅斯的狼/士兵2000系統(tǒng)（Project-Wolf/Soldier2000）、法國的未來步兵（FELIN）和以色列的“阿諾格”計劃（ProjectAnog）,，如圖2所示,。這些系統(tǒng)都集合了眾多的先進技術(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和任務(wù)的及時完成,。對未來作戰(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疲憊不堪，外骨骼裝備的出現(xiàn)很好的解決了這個問題,。

外骨骼實質(zhì)上是一種可穿戴機器人^[1],，是一種可以讓人穿戴的機械裝置，它將人類的智力和機器人的“體力”結(jié)合在一起,，依靠人的智力來控制機器人,，通過機器人來完成僅靠人的自身能力無法單獨完成的任務(wù)^[2]。美國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)全面實現(xiàn)機械化和自動機器人化，并責(zé)成國防高級研究計劃局負(fù)責(zé),，撥款5000萬美元從事外骨骼機器人項目的研究，作為這個系統(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,。近年來外骨骼機器人的研究開發(fā)已經(jīng)成為機器人技術(shù),、機電工程、自動控制,、生物工程以及人工智能等學(xué)科領(lǐng)域中一個新的研究熱點^[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 美國的陸地勇士

圖2 法國的未來士兵系統(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],，但還不是一個實用機械，它的體積過大,，對使用者的動作有限制,，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)是美國雷神公司研制的第二代外骨骼裝置，由傳感器,、執(zhí)行機構(gòu)和控制器等組成,，利用高壓液壓驅(qū)動。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1個小時,，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)是一個非常不錯的平臺,，未來可以在這個平臺上裝備很多適合戰(zhàn)場作戰(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

外骨骼機器人是一個復(fù)雜的人機耦合的一體化系統(tǒng)^[6],，有著廣泛的軍事應(yīng)用潛力,。以上幾個外骨骼裝備都集成了控制、能量,、結(jié)構(gòu),、促動和生物機械學(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,，使士兵成為一個武器平臺,。在世界各國研制未來單兵系統(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,。美國陸軍正在開發(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力量，整個外骨骼最多可將搬運能力提高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，而根本感覺不到有多少負(fù)重,。如果外骨骼能夠感應(yīng)人體活動并對其及時做出反應(yīng),，能夠提供足夠強大的能量源，將來自能量源的能量轉(zhuǎn)換為可用的促動能量并輔助穿戴者開展活動,，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)將裝備更加先進的軟件,、更加耐用的電池，采用使用度更廣的設(shè)計,，并和先進的武器裝備相融合,，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?，如果普通士兵穿上了已經(jīng)融合各種先進武器的外骨骼裝備，那么他們的戰(zhàn)斗力將會多么恐怖,。他們可以在負(fù)重更多的情況下,，以更快速、更強大的火力投入戰(zhàn)斗,。同時,，如果后勤保障部隊裝備了外骨骼，那么一個普通士兵就可以做到平時需要幾個人才能搬運的炮彈等物資,，大大的減少后勤補給時間和人員,，從而極大的提高部隊的作戰(zhàn)能力。

隨著科技的進步,，外骨骼同樣可以裝備于航天方面,，輔助宇航員進行空間活動?；蛟S不久的以后,，集合了各種先進技術(shù)的外骨骼就會像《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)場生存環(huán)境的一種新技術(shù),，或許因為它的出現(xiàn),，未來的戰(zhàn)爭形式將發(fā)生根本性的改變。目前外骨骼技術(shù)在國際上發(fā)展迅速,，作為未來步兵的必備科技,，各國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)能力從而提升整個部隊的戰(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,。