小时候，大家可能都幻想过变身钢铁侠成为保护世界和平的英雄。
除了对英雄的向往，估计不少人只是单纯地痴迷于钢铁侠的战衣。造型酷炫不说，还无所不能。
真英雄不回头看爆炸
图源：钢铁侠
但你有没有想过，在未来，也许人人都能穿上机械战甲变“铁人”？
游戏《死亡搁浅》里，废土快递员主角身穿上一种叫力量骨架的装备，就能背着一摞重量惊人的货物四处奔波。
冲冲冲
图源：死亡搁浅
两年前，科幻游戏的设定出现在了上海街头——外卖小哥腿上穿着一套机械骨架，靠它的支撑轻松背起了一大摞外卖箱。
完全一致
图源：界面新闻
这种贴合人体、给人体机能提供支持的机械结构，有一个专门的名字叫作“机械外骨骼”。这位外卖小哥使用的是一款下肢外骨骼，由背负系统、髋关节、膝关节、脚踝落地部分等多个部件组成，能帮助他背起重达100斤的物品。
下肢外骨骼证件照
图源：ulsrobotics
所以这平平无奇几块钢板是怎么让外卖小哥变身大力士的呢？
这款下肢外骨骼是一种动力外骨骼，又叫作主动型外骨骼。顾名思义，这种外骨骼是由电驱动的，用电力给人提供额外的力量。叫“主动型”的一个原因，是因为这种外骨骼会主动配合人的行动。
每一位穿戴外骨骼的人都有不同的目的和运动习惯。刚开始使用时，外骨骼需要一个适应使用者的过程。经过一段时间的相处，外骨骼逐渐熟悉使用者的运动习惯，就能越来越准确地判断他们的运动意图，并配合他们做出最恰当的助力。
这么一想，动力外骨骼能对外界情况作出反应，和机器人有点相似。因此，我们通常也把它叫作外骨骼机器人。
我会思考！
图源：robotics business review
那外卖小哥的机器腿跟钢铁侠有什么关系呢？
作为增强人类身体能力的机器装置，外骨骼的终极形态当然可以是一个钢铁侠的战衣。虽然比不上斯塔克工业能实现各种逆天的操作，但现在已经有的全身外骨骼动力服能供特定行业工作者使用，为他们的工作提供帮助。
有点机甲内味儿
图源：sarcos
这款叫Gaurdian XO的外骨骼动力服是在工厂、建筑工地、仓库等场景工作的体力劳动者的大救星。它的电池有8小时的续航能力，最大能增强工人20倍的力量，让他们能抬起最高达180斤的重量。不仅能增强力量，这款动力服还可以帮助工人对抗作业过程中的重力和惯性等阻碍，让他们的动作更加轻松顺畅，减轻肌肉劳损。
目前，机械外骨骼最广泛应用的领域就是体力劳动。增强握力的动力手套、助力头顶作业的肩颈支撑、为反复抬重物蹲起设计的背部支撑……各式各样的外骨骼为不同的身体部位提供支持，给建设、电工、物流等各行各业的体力劳动者加“buff”，不仅省力，还帮助降低受伤的风险。
手套
图源：Bioservo Technologies
肩颈支撑
图源：Lavitate Technologies
背部支撑
图源：Exoskeleton Report
除了体力劳动，机械外骨骼还可以用在哪儿呢？
医疗是外骨骼应用的另一个重要领域。特殊设计的下肢外骨骼，可以帮助由于中风、脊柱损伤等疾病导致的行走能力受损的人群更快康复，重新下地行走。
帮助脊柱损伤病人
行走的外骨骼
加速中风病人康复
的外骨骼
甚至，助力行走的外骨骼也可以进入大家的日常生活，不仅让你变身飞毛腿，还能边走边发电？
斯坦福大学的研究者研发出了一款电力驱动的下肢外骨骼，给大学生穿上后，他们的行走速度平均提高了40%。
加拿大女王大学的另一群研究者设计出了一种自带发电装置的外骨骼——发电装置捕获走路时腿部肌肉产生的机械能，将其转化成电能，可以为小功率的电子器件充电。这样，外出没有带充电宝也不用担心，可以边走路边为手机充电了！
人型皮卡丘！
图源：tenor
发电的同时，穿着者每迈出一步所消耗的身体能量还会减少2.5%。人在行走时，每走一步，在迈出的腿接触地面之前，大腿肌肉都需要收缩，来给腿“刹车”，而这个过程需要消耗能量。外骨骼判断穿戴者的行走动作，在需要“刹车”的时候为肌肉提供辅助力量，这样就能减少人体消耗的能量。
这样的行走外骨骼，在未来说不定能成为自行车之外的另一种既轻便又快速的代步工具。每一步都走得更快更轻松，在场的各位“家里蹲”就更没有理由不出门散散步健健身咯！
另外，外骨骼不一定全是坚硬的——看这款用柔软材料做成的贴身动力服，虽然能储存的电量有限，但也足够为关键的肌肉群提供助力，帮助穿戴者更轻松地完成上下楼梯、起身等动作。这对行动困难的老年人尤其有帮助。
柔软贴身！
图源：Superflex
喜欢登山、攀岩、滑雪等户外活动的朋友，如果有这样一套轻便贴身的衣服，岂不也是一件美事！
在外骨骼广泛应用的未来，外卖小哥和建筑工人能更轻松、安全地完成工作，中风病人能更快恢复正常行走，而如果你在街上见到穿着下肢外骨骼疯狂跑圈的人，TA可能只是手机没电了。
当机器能适应人类、配合人类，人体和机器的关系将会更加紧密，而人和机器的界限又是否会变得模糊？机器辅助体力劳动者的现状，最终是否会演变成机器代替人类？外骨骼的普及也将引发我们对人机关系的进一步思考。
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· https://www.jiemian.com/article/4299951.html
· https://www.sarcos.com/products/guardian-xo-powered-exoskeleton/
· https://www.bigrentz.com/blog/construction-exoskeletons
· http://news.yangtse.com/zncontent/785333.html
· https://ieeexplore.ieee.org/document/9408629
· https://www.science.org/doi/10.1126/science.aba9947
· https://www.x-mol.com/news/679256
· https://www.nytimes.com/2021/08/18/well/move/exoskeleton-suit-walking-running.html
· https://www.nbcnews.com/mach/innovation/robotic-exoskeletons-are-changing-lives-surprising-ways-n722676
鸣谢： 中国科学院上海硅酸盐研究所研究员 王冉冉为本文提供科学指导。
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来源：上海科技馆
编辑：牧鱼
