在電影《鋼鐵俠》中，主人公託尼·斯塔克研製了一種力大無窮、且能自由飛行的動力裝甲，人們通常會認為那是很遠的未來才能實現的技術。
不過，就在上周，歐洲研究人員發布了一款外骨骼穿戴設備，它雖然沒有科幻電影中表現得那麼神奇，但其超強的舉重能力還是賺足了眼球。
外骨骼來源於生物學，實質上是一種可穿戴的「人工智慧型」裝置。它不僅為人提供保護，還能夠根據肢體活動來感應、伺服、驅動機械關節重現動作，用以提供額外動力，使人跑得更快、跳得更高、擔得更多。
近年來，各國智能外骨骼設備不斷問世：美國的「勇士織衣」、法國的「大力神」、俄羅斯的「士兵-21」、中國的認知外骨骼機器人……這些技術結合了機械電子、控制、生物、傳感、信息融合、新材料等，代表著可穿戴智能設備未來發展方向。
可以想像，外骨骼技術將不僅能讓癱瘓多年的人站起來行走，更有望讓普通人成為力大無比的「鋼鐵俠」。不過，當智能外骨骼穿戴設備向功能更強大的智慧機器人演變時，人類法律、倫理或將面臨新考驗。
讓體力增10倍
一套機械「骨骼」能讓人舉重若輕！歐洲研究人員新近發布的一款外骨骼（Robo－Mate）就有這樣的效果。在首個實用樣品展示中，這款由歐盟資助、於2013年末開始研發的外骨骼能讓人抬舉物體的能力提升10倍。也就是說，如果你原來能舉起50公斤的物體，藉助它你能舉起500公斤。
這是如何做到的呢？研究人員介紹，這一人機互動裝置利用小型馬達和傳感器為人體提供輔助力量和支撐。樣機分為3個模塊，分別是手臂、軀幹和腿部模塊。三者分工明確：手臂模塊與人手臂相連，主要負責抬舉物體；軀幹模塊主要用於支撐和保護脊背；腿部模塊用於人下蹲抓取物體時支撐腿部，減輕腿部承受的壓力。不過，由於安全可靠性和外觀美化等問題，其真正問世還尚需時日。
我國研發第二代產品
和其它高科技領域需要苦苦追趕不同，在外骨骼技術上，我國一直緊跟國際發展步伐。目前，國產第二代認知外骨骼機器人（EXOP-2）正在研製中。這個項目由中國科學院常州先進所科研項目辦公室主導，去年其第一代認知外骨骼機器人（EXOP-1）已研製成功。
首代機器人由航空鋁打造，負重僅70公斤，其中30%還得人來承受，不過，其先進性主要體現在意念驅動和電機助力上。當人要做某個動作時，運動趨勢信號會被傳感器反應到對應肌肉，再傳達給控制器和驅動器。系統通過檢測人體壓力和姿態變化，解讀運動意圖，與人體達成一致行動。
而在第二代系統中，智能性、助力功效將會得到更大提升。據項目辦公室主任、副研究員陳劍透露，第二代機器人的助力效率可能達到「一拳打穿牆體」的程度，目前已有多地部隊、公安、消防部門等對項目產生濃厚興趣。
美夢做了上百年
外骨骼並非近年來才有的新鮮物，其起源可以追溯到19世紀。有趣的是，它並非源於發明家，而是出自英國插畫師羅伯特·西摩在1830年所繪的一幅插畫，畫中人物被安裝了一個以蒸汽為動力的輔助行走裝置。
這一探索啟發了無數科學工作者。1917年，美國發明家萊斯利·凱利率先實現了羅伯特·西摩的蒸汽動力輔助行走裝置。但由於在實際使用時穿戴者必須背著一臺小型蒸汽機，且裝置無法完美地隨人體完成複雜的結構變形，最終被無奈擱淺。
1965年，美國軍方和通用公司聯合研發了一部名為「哈迪曼」的動力外骨骼裝置。通過液壓和電機驅動結構，配合力覺反饋感應系統，哈迪曼不僅能感受到人的動作意圖，還能將人的力量放大25倍。是不是很完美？不過，由於哈迪曼整機重達680公斤，在人能背動它之前，要拿它做點什麼似乎難點。
最終，哈迪曼被改進為一部機械手臂，不過還是因為操作困難而慘遭遺棄。或許是自己都覺得滑稽，之後近40年時間裡，美國動力外骨骼研究一直處於低谷。
直到2000年，一款名為「伯克利下肢外骨骼系統」的問世才真正迎來了實用性外骨骼裝置的新時期。這款裝置專注於負重，通過將重心轉移到腰間與腿部的支撐結構上，不僅能讓人輕鬆背起90公斤物體，同時還能穿越複雜地形。這讓它成為目前最「長壽」的一款動力外骨骼裝置。
順著這個方向，近年來更多實用性外骨骼裝備開始出現。例如，美國雷神公司研發的動力外骨骼系統（XOS—2），理論上能把人力氣增加17倍；洛克希德·馬丁公司研發的人類負重外骨骼系統（HULC），能讓人在背90公斤、沒有負重感條件下以近4.5米/秒速度疾行，而且加滿燃油後擁有24小時超長續航；華南理工大學研發的第三代骨骼機器人，智能手已經可以像人手一樣抓握雞蛋、開門、玩魔方。
將向智慧機器人轉變
人類將來會擁有像鋼鐵俠那樣的「鋼鐵外衣」嗎？對比信息技術發展史，以目前外骨骼技術的發展趨勢看，這並非人類遙不可及的夢想。
可以預料的是，軍用方面，未來的作戰外骨骼系統可以集成大量武器、通訊、傳感及生命維持系統，從而把士兵武裝成「鋼鐵俠」——輕鬆抬舉高達噸級的物體，可以長距離、長時間高速運動，憑藉高防禦力新材料實現「刀槍不入」，輕鬆劈砍磚頭、樹木，還能實現飛行——這將使士兵作戰範圍和能力超越傳統概念。
在民用領域，外骨骼機器人將廣泛應用於醫療助殘、旅遊、消防、救災等。
當然，要實現這些，目前仍有很多障礙需要跨越。比如，外骨骼需要具有良好的可穿戴性，以完美匹配人體運動關節結構和自由度。
製造材料也需要有足夠強度和韌性。再比如，驅動器應更小更輕便，低功耗、大功率輸出。而且，信息傳感技術也應更靈敏，以實現對整個外骨骼系統的柔順控制。
更值得一提的是，我們還需要研究基於「人機一體化」思想的控制策略。人的智慧在整個控制系統中應該起到什麼作用？這是急需考慮的。
當這些瓶頸突破之後，外骨骼裝置將向人工智慧機器人轉變，即用機器人去嘗試集成和放大人類的視覺、聽覺、觸覺、力量、意識，增加我們的判斷力，甚至幫我們做判斷。
同時，更為深層的問題將會出現：我們真的要將判斷力、情感讓渡給智能機器嗎？未來，或許我們需要從法律、倫理上約定——智慧機器人不能做哪些事情。這是我們需要反思的智能外骨骼邊界問題，也是對人性的根本反思。
延伸閱讀：
民用新式外骨骼設備
人體輔助義肢：
由日本一家公司研發，用於民用負重及醫療領域，幫助殘障傷患者行動或復健。目前已被開發至第5代，重量10公斤，去年在日本小規模上市，被認為是最成熟的民用外骨骼系統。
ReWalk系統：
由以色列企業ReWalk Robotics公司研發，用於幫助癱瘓者行動的外骨骼系統。該套系統已經在以色列、美國和歐洲進行了長期測試。2012年，胸部以下截癱的克萊爾·洛馬斯在倫敦帕運會上使用它跑完了馬拉松。
仿生機械腿：
由紐西蘭一家科技公司設計研發，將其安裝在下身癱瘓者的腿上，能讓行走障礙人士重新站立、轉身、行走甚至上下樓梯。這種裝置重量38公斤，由一個輕便充電池提供動力，充電一次可全天使用。
來源：人民日報海外版
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