陈根:从延伸器官到机械仿生,外骨骼将带来什么?( 二 )


比如 , 在战场 , 即便全副武装 , 在士兵身上依然有许多地方尚未被防弹衣和头盔覆盖 。 事实上 , 这样的面积约为81% 。 添加更多的护甲将会过于沉重而不可行 。 解决的方法之一就是打造配有人造肌肉的另一套外部骨架 , 能让佩戴者毫不费力地背负起重得多的装备 。
对于此 , 最先进的一款产品是由佛蒙特州的Revision Military公司制造的“动力作业套装”(Kinetic Operations Suit , KOS) 。 该产品令士兵得到三倍的盔甲保护而不会对其行动增添多少负担 。
其中 , 人造关节脊柱把装备头盔(完全覆盖穿戴者的头部)的大部分重量转移到肩膀的护甲上 。 同样 , 保护躯干的护甲也通过人造脊柱的另一部分把重量转移到臀部和腿部 。 尽管这些减轻了对颈部和下背部的压力 , 但士兵的腿部仍须承受额外的重量 。 为了解决这一问题 , KOS将钛铝合金传动装置绑到士兵的下肢上 , 配合盔甲使用 。 电动马达接收到加速度计等内置传感器的指示后 , 带动这些传动装置与士兵的双腿同步移动 。
据如今在Revision Military公司工作的美军前特种部队士兵布莱恩·道林(Brian Dowling)表示 , 该系统够轻便也够结实 , 可帮助穿戴者在全副武装之下奔跑于崎岖地形之上 。 包括美国在内的多国军方正在评估这样的宣传 。
比KOS更具野心的另一款军用外骨骼则由特种部队自行开发 。 该项目的承包商包括美国许多知名的防务公司 , 如通用动力(General Dynamics)、洛克希德马丁(Lockheed Martin)和雷神(Raytheon) 。
这些公司将这一产品命名为“战术突击轻型作业套装”(Tactical Assault Light Operator Suit , TALOS) 。 TALOS的重量将是穿戴它的士兵体重的两倍 。 部件虽重 , 却可令整套装备防御子弹和弹片 。 它还为穿戴者提供降温系统、一组监控其生理指标的传感器 , 以及超人般的力量 。
当然 , 外骨骼并不只是只有医疗和战场的应用 。 在工业领域 , 外骨骼也大有所用 。 美国机械仿生体公司(US Bionics)已经开发出了一系列工业用外骨骼 , 以保证工人在处理大体积的重型负荷时不会扭伤背部、手臂以及腿部 。 其目的正式是减少与工作有关的伤害并提高工人的工作效率 。
此外 , 还有由洛克希德马丁公司和英国防务巨头BAE系统公司(BAE Systems)开发的无动力外骨骼已投入使用——用于工业生产而非军事用途 。
这款重17.5公斤的无动力外骨骼 , 名为FORTIS 。 美国海军及十多家制造企业正在试用该系统 。 FORTIS的铰接式铝制框架撑起一个万向臂 。 工人身前的万向臂一端与其使用的工具相连接 。 工人身后的另一端附有相应的配重 。
无论工人是以站姿还是跪姿操作 , 工具及配重的总重量会通过外骨骼而非其自身骨骼被转移到地面上 。
另外 , 在德国弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute)斯图加特校区负责Robo-Mate研发项目的卡门·康斯坦丁内斯库观察到 , 这些产品还将重新定义胜任工人的资格 。 外骨骼消除了男性的体力优势 , 使得女性有机会从事如今觉得费力的工作 。 它们也会帮到那些原本不得不放弃工作的年长男性 。

在外骨骼世界到来之前
在外骨骼技术的支持下 , 在不远的将来 , 任何一个人都能够成为一个机械仿生人 。 当然 , 在实现穿戴式外骨骼这一目标之前还要克服重重障碍 。
首先 , 穿戴式外骨骼想要实现自如的控制 , 就需要研发出可以一次性安全可靠地植入人大脑里数年之久的新一代微型芯片 。 而事实上 , 与皮层相关的芯片植入方式如今却还面临着慢性神经炎症 , 局部脑组织损伤 , 以及局部脑组织损伤带来的细胞反应 , 比如小神经胶质反应和星形胶质细胞反应 , 还有电极穿透时引发的细胞外基质变化的反应 。 这些都是因电极植入引起的慢性脑组织反应 , 他们不仅会影响信号长期收集 , 还会引起人脑可能的恶性变异 。
其次 , 需要研发出无线传感器 , 这样才能保证外骨骼可以自由行走——固定在穿戴者腰带或其他部位的手机般大小的计算机负责接收大脑发出的无线信号 。
再次 , 通过计算机解码和编译大脑所传出的信号的新技术一定要跟得上 。 对于猴子而言 , 控制机械手臂需要数百个神经元 。 而对于人类 , 至少需要数千个神经元才能控制一只胳膊或一条腿 。 但如今 , 现有的电极阵列再怎么精密 , 考虑到实际的实验情况 , 一次能够同时记录到的神经元信号数目也基本都只有两位数 , 相比于整个大脑 , 甚至仅仅一个脑区或者核团之中天文数字的神经元总数 , 这么一点样本量究竟能说明多少问题本身都是个问题 。

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