外骨骼式单兵智能装备技术研制突飞猛进


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万能士兵灵感来自科幻电影


在电影《外星人》中有一个场景,里普利中尉借助一种称为“动力装载机”的独特装置与怪物进行殊死搏斗。或许,这一科幻电影给了军事科技人员一个很大啟发,研究人员希望研制出真正能够大大提高单兵作战能力的辅助技术装备。


早在1960年,美国通用电气公司研制了一种名为“哈迪曼-1”的可佩戴单兵装备,但只能替代人的一只手。麻省理工学院也从1978年就开始了外骨骼机器人项目的研究。2000年,美国国防部制定了“增强人体机能的外骨骼”项目的计划,该计划準备研制出一种机器骨骼,可帮助负重的士兵轻松地行走,以提高部队的机动能力和战斗能力。未来士兵装备外骨骼技术后,将成为一名超级士兵,拥有无穷的力量,可携载更多的武器装备,火力威力得到增强,防护水平也得以提高,同时可克服任何障碍,高速前进,还不会產生疲劳感。美国“千年喷气机”公司研制的SoloTrekXFV外骨骼飞行器也属于“外骨骼人体机能增强器”单兵装备系统的一个部分,它能使未来士兵真正做到健步如飞。


在美国国防部的资助下,目前从事外骨骼机器人研制项目的单位主要有加利福尼亚大学伯克利分校机器人和人体工程实验室、美国橡树岭国家实验室、盐湖城人体机能研究所和“千年喷气机”公司等。


外骨骼技术装备的研制是个非常复杂的项目,要想制造一种可在需要的时候及时提供帮助且永远不会妨碍单兵行动的自动化装置,替代士兵的手和足,承受95%的货物背负任务,并与人体完全结合,研制难度很大。研制的主要难题是发动机,它必须功率强大,无噪音。目前,在美国“增强人体机能的外骨骼”计划的外骨骼机器人研制方面,单个外骨骼机器人组件的研究已取得快速进展。


伯克利大学机器人和人体工程实验室负责的美军“伯克利下肢末端外骨骼”项目已经成熟。这种装置由背包式外架、金属腿及相应动力设备组成,使用背包中的液压传动系统和箱式微型空速传感仪作为液压泵的能量来源,以全面增强人体机能。这种外骨骼机器人能保障士兵在平面或斜面上行走。


值得一提的是,外骨骼技术在民用方面也得到了很好的发展。日本筑波大学已经研制出世界上第一种商业外骨骼机器人,也可以说是混合辅助腿。这种装置能帮助残疾人以每小时4公里的速度行走,毫不费力地爬楼梯,机器腿的运动完全由使用者通过自动控制器来控制,不需要任何操纵臺或外部控制设备。这种设备由背囊、内装计算机和电池的一组感应控制设备及4个电传装置组成。这种助人行走的外骨骼动力辅助系统,配备多种类型的传感器,如肌电传感器、地面传感器等,所有动力驱动、测量系统、计算机、无线网络和动力供应设备都装在背包中,电池则挂在腰部,因此它是一个可佩戴的混合控制系统。根据生理反应和前馈原理研制的动力辅助控制器则可以将其调整至使人感到舒适的姿态。为研制这种外骨骼机器人,日本科学家综合运用了各种科学技术,如控制论、机械电子学、生物学、医学、信息学、电子学、物理学、数学等。



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