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(lái)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(guò)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(wú)需考慮過(guò)多的負(fù)重對(duì)士兵的影響。外骨骼裝備將在未來(lái)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(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)需要，都在大力發(fā)展自己的未來(lái)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(lái)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(lái)減輕部分裝備的重量，但是單兵的負(fù)載還是過(guò)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(lái)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(lái)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(wèn)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(lèi)的智力和機(jī)器人的“體力”結(jié)合在一起,，依靠人的智力來(lái)控制機(jī)器人,，通過(guò)機(jī)器人來(lái)完成僅靠人的自身能力無(wú)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(lái)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(wàn)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(lái)外骨骼機(jī)器人的研究開(kāi)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(lái)士兵系統(tǒng)

二,、研究現(xiàn)狀

近年來(lái)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(guò)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(xiàn)才行,，而自帶的電池只能使用40min,，所以很難與未來(lái)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(pán)承擔(dān),，然后通過(guò)機(jī)械腿直接傳遞到地面，穿戴者幾乎感覺(jué)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(mǎn)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(lái)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(guò)多的負(fù)重給士兵帶來(lái)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(chēng)為“外骨骼機(jī)器人”,，目標(biāo)是全面提高士兵的作戰(zhàn)能力?！坝率俊?1”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(lái)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(lái)單兵系統(tǒng)的過(guò)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(kāi)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(lái)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(lái)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(jué)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(lái)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(kāi)展活動(dòng)，那么外骨骼裝備將在未來(lái)的單兵系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景,。

目前擺在開(kāi)發(fā)者面前的挑戰(zhàn)是巨大的,，為了開(kāi)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(lái)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(guò)較高物體和快速奔跑的超級(jí)戰(zhàn)士。在不久的將來(lái),，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(lái)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(lái)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(lái)的單兵系統(tǒng)相融合,，通過(guò)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(wèn)題需要解決，但還是有廣闊應(yīng)用前景的,。