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打造钢铁侠聚焦美军人体负重外骨骼研究

作者:省级期刊
出处:www.lunrr.com
时间:2019-11-26

作者:红枫资料来源:中国科学新闻发布日期:2015/10/26 9:12336038

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Build Iron Man聚焦美国军方人体负重外骨骼研究

美国陆军开发的电池驱动人体负重外骨骼(HULC)旨在帮助像机器人一样的士兵,但这项研究像许多其他类似项目一样失败了。 现在,新的研究在设计中使用了比以前更柔软的织物和电线。 照片来源:LOCKHEED

一个孤独的士兵站在黑暗的小巷里。 尽管他穿着厚重的盔甲,但他仍在快速前进。在枪林弹雨中,他没有后退或倒下,而是像以前一样站着,毫发无损。

这不是最新超级英雄电影中的场景,而是美国陆军制作的动画电影,展示了他们想要装备精英突击队的强大机械骨架。

这种设备的名称是战术攻击光控服(TALOS),这是一个耗资数百万美元的研究项目的最终目标,因为一名突击队员在阿富汗营救人质时死亡。 同时,TALOS的名字也是对塔拉斯(Tallas)的致敬,塔拉斯是希腊神话中擅长发明和创造的钢铁巨人。他曾经一天绕克里特岛走三次以保护该岛。 更普遍的是,这种设备也被称为“钢铁侠”套装。

剑的意思是“钢铁侠”

TALOS只是众多研究人类外骨骼的全球项目之一。这些项目旨在给人类“超人”的力量和耐力。 但是在漫画和电影中制作“钢铁侠”要比在现实世界中容易得多。

目前,这个领域充满了失败 在TALOS之前,有一个项目叫做人类负重外骨骼(HULC)。该项目开发的设备证明它不是给使用者加油,而是“漏油”它很容易让使用者筋疲力尽。最终,这个项目的产品在被证明不切实际后搁浅了。 一些科学家怀疑TALOS和其他类似项目生产的又重又硬的外骨骼不可能成功。他们认为这些项目经常忽视解决最基本的生理问题。

提高人类极限似乎是一项极其困难的工程挑战。 创造一个外骨骼来帮助残疾人是一回事,但是“从设计的角度来看,很难提高一个人的行走或跑步能力,因为我们在这些领域已经尽了最大努力。” 麻省理工学院的工程师休赫尔说

结果,一些研究人员降低了他们的要求。他们正在寻找一种更软、更小的设备,来制造像那些可以附着在牵引线上的紧身衣,或者一个简单的脚踝支架。 在过去的几年里,研究人员最终形成了一个长期的探索目标:生产能够降低穿着者在水平跑步机上行走时能量消耗的外骨骼。

这一成就离那些能破门而入的超级士兵还有很长一段路要走,但它提高了健康人佩戴这些设备和微处理器的希望。 “我认为我们与莱特兄弟发明飞机的时候处于同一阶段,也就是说,他们可以让飞机飞行,但他们不能长时间飞行。 密歇根州立大学外骨骼专家丹费里斯说

频繁死亡

军队领导层试图让士兵变得更强、更坚强、更具防御性。他们一直梦想士兵可以从机械设备中获得能量,比如漫威漫画中的“钢铁侠”。 20世纪60年代,美国海军研究室资助哈德曼的研发,这是一个重达680公斤的外骨骼项目,由通用电气全球研究公司开发。 哈迪曼最终被放弃了,但是让士兵变得更强的想法并没有消失。

2000年,国防高级研究计划局(以前因发明互联网、隐形战斗机和无人飞行器而闻名)开始资助外骨骼研究,这将有助于提高作战能力。 结果,发明了各种高科技金属护腿器。 加州大学伯克利分校的一项设计最终被选为HULC的作品

2011年,美国国防部还与洛克希德马丁公司签署了一项协议,授权洛克希德马丁公司使用伯克利技术,并计划在位于拜蒂克洛士兵研究、开发和工程中心的升级版HULC上使用该技术,其中包括流线型支架和自动化关节。

这一事件曾引起轰动 HULC“将允许士兵做他们今天不能做的事情,同时也帮助他们避免肌肉和骨骼损伤” 洛克希德项目经理吉姆尼在新闻发布会上说 据该公司称,HULC可以帮助士兵通过电池装载20-90公斤重物。

然而,这种欢呼很快以早逝而告终 当士兵们穿上这个40公斤重的设备,然后在跑步机上行走时,他们消耗的能量比没有这些设备时要多。 在一项八人佩戴测试中,与没有佩戴该设备的士兵相比,佩戴该设备的士兵的平均心率增加了26%,耗氧量增加了39%。 纳迪克中心领导该项目的生物机械工程师卡伦格雷格奇克说:“最大的问题之一是HULC强迫穿着者以不同的正常方式行走。”。 人体和机器之间缺乏协调使问题更加复杂。 “当你还没有决定前进的时候,它(HULC)会踢你的腿前进 Gregorczyk说他花了半个小时测试设备。

今天,最后一个HULC原型被搁置在佛罗里达州奥兰多的一家公司实验室。 与此同时,DARPA提出的另一个类似外骨骼项目xos2的研发也陷入困境。 即便如此,HULC的垮台并没有阻止美国军方做出另一项重大努力。 现在,焦点集中在TALOS项目上,这是前海军上将比尔麦克雷文的主意,直到去年麦克雷文担任五角大楼特种作战司令部(SOCOM)的负责人 当一名海豹突击队队员在营救人质的过程中死亡时,有人问麦克雷文(McRaven)为什么在这种情况下仍然没有好的方法来保护执行任务的士兵。 ”他问,‘我们的钢铁侠装备在哪里?”“现在,德克萨斯州立大学校长麦克雷文回忆道,“当时我无法回答这个问题 2013年初,麦克雷文宣布了一个为期五年的研究项目。

目前还不清楚新的外骨骼设备何时会出现。 项目团队已经制定了一个时间表,并计划在2018年前完成一个功能齐全的外骨骼原型。索科姆现任负责人、陆军将军约瑟夫沃特尔在之前的一次会议上说,现在这个项目“走在了正确的轨道上”。 但他强调:“这个项目仍有许多挑战。” "

一些外骨骼专家认为还有更有希望的替代方法。 在哈佛工程师康纳沃尔什的办公室里,四台缝纫机正在缝制黑色衣服 这些衣服代表了完全不同的外骨骼设计。他是国防部高级研究计划局支持的另一个项目,名为“战士编织衣服” 与TALOS的主题相反,沃尔什和他的团队并没有制造可能阻碍人体正常运动的重金属机械,而是通过织物、电线和小引擎为穿戴者提供能量,并允许他们自由运动。

这种“柔软的外骨骼”仅重9公斤,仅使用140瓦的电能,略高于笔记本电脑。 理论上,这个装置意味着士兵在长途旅行后不会感到太累或受伤。

然而,这种设备也有问题它无法抵抗激烈的战争。 两次徒步旅行后,设备的一些部件发生了故障或损坏。 然而,沃尔什说总体测试结果仍然是积极的。 这些故障只是两周内检查中遇到的几个问题。

Gregorczyk列出了“钢铁侠”设备在现实生活中必须面对的一系列问题无论是硬材料还是软材料。 “钢铁侠”设备会自伤吗?它带来的好处比坏处多吗?“例如,一个装备可以降低负重士兵的新陈代谢5% ”她说,“这在实际操作中有什么用?它有实际意义吗?”(红枫)

《中国科学报》 (2015-10-26第三版国际)

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