美军奇异的外骨骼机器人研制项目揭秘(组图)

http://www.sina.com.cn 2004年08月23日08:47 四川新闻网

　　中国西部网消息

电影《外星人》中的外骨骼机器人：“动力装载机”

美军WEAR完全战斗外骨骼机器人项目进展情况不明

1978年麻省理工学院研制的外骨骼机器人项目

　　美国五角大楼认为，未来士兵应当全面实现机械化和自动机器人化，并责成国防高级研究计划局负责，拨款5000万美元从事这一领域内外骨骼机器人项目的研究。

　　在电影《外星人》中，有一个场景，里普利中尉借助一种“动力装载机”的独特机器制服装置，与怪物搏斗。显然，五角大楼的官员们反复地观看了这一电影，因而想为美军士兵研制出一种真正的类似装置，帮助背负重物的士兵轻松行走，提高部队机动能力和战斗能力。

　　从2000年开始，美军开始从事“增强人体机能的外骨骼”(EHPA)项目的研究，计划研制一种机器骨骼，提高人的军事作战方面的能力，计划在2005年开始进行样品试验。未来士兵佩戴外骨骼机器人后，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，火力威力增强，防护水平提高，同时可克服任何障碍，高速前进，不会产生疲劳感。“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。

　　在五角大楼国防高级研究计划局资助下，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、OakRidge国家实验室、盐湖城人体机能研究所、“千年喷气机”公司、SARCOS公司等。

　　外骨骼机器人的研制是个超级任务，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士兵行动的自动机器人化装置，替代他的手和足，承受95%的货物背负任务，并与人体完全结合，不但要完成其愿望，还要经常预判佩戴者的意图，研制难度不可谓不大。主要问题是发动机，它必须功率强大，无噪音，因而又衍生出了动力源和燃料问题。

　　1960年，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，从事外骨骼机器人项目的研究，但至今尚未研制成功。目前，在五角大楼“增强人体机能的外骨骼”计划框架内，在完全(包括腿和手)的、可帮助举重若轻、健步如飞、可携载更多弹药和更重武器装备的军用外骨骼机器人研制方面，进展比较缓慢，不过，单个外骨骼机器人组件方面的研究还是有所进展。

　　美国SARCOS研究公司宣称，公司已经研制出了一种可佩戴的、能量自动化机器人(WEAR)的原型，但是，不知是商业炒作后的沉默，还是因为项目已进入实质性研制阶段，需要保密，这一方案具体到什么时间能最终完成，现在并不未清楚。该公司曾承诺，要在2005年进行EWAR工作样品的完全展示。

　　不过，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”(Berkeley LowerExtremityExoskeleton，BLEX)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，伯克利大学工程师表示，很快将教会BLEEX奔跑和跳跃。但是，BLEEX毕竟只是两条可控制的机械腿，距离五角大楼要求的、由双手和双脚组成的完全的外骨骼机器人还有相当的距离。看来，美国军人在短期前景内装备完全的外骨骼机器人的可能性并不太大，或许，美国将求助于在各种机器人研制方面经验丰富的日本了。

　　日本筑波大学Cybernics实验室的科学家和工程师们，研制出了世界上第一种商业外骨骼机器人(HybridAssistiveLeg，HAL)，准确地说，是自动化机器人腿：“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，HAL机器腿的运动完全由使用者通过自动控制器来控制，不需要任何操纵台或外部控制设备。HAL由背囊、内装计算机和电池的一组感应控制设备、4个电传装置(对应分布在髋关节和膝关节两侧)组成。这种帮助人行走的外骨骼动力辅助系统，配备较多的传感器，如角辨向器、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，电池挂在腰部，是一个可佩戴的混合控制系统，根据生理反馈和前馈原理研制的动力辅助控制器可以调整人的姿态，使其感到舒适。

　　日本科学家为研制这种外骨骼机器人，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。

　　除HAL“混合辅助腿”外，日本还研制成功了一种全身性外骨骼机器人。神奈川理工学院研制的“动力辅助服”(PowerAssistSuit)可使人的力量增加0.5-1倍，使用肌肉压力传感器分析佩戴者的运动状况，通过复杂的气压传动装置增加人的力量。事实上，这种装置最初是为护士研制的，用来帮助她们照料体重较大或根本无法行走的病人。

　　看来，在外骨骼机器人研制方面，民用项目走在了军用项目的前面。尽管至今尚未见到有士兵佩戴机械腿行走，但军用外骨骼机器人正在逐渐成为现实，当然，由于一些技术参数，如工作延续性、尺寸、重量、反应速度等，还远远达不到“万能士兵”的要求，要想使外骨骼机器人真正用于行军打仗还需要一定时间的等待。(书山)

日本研制的HAL“混合辅助腿”可帮助残疾人上楼

日本为护士研制的“动力辅助服”05年开始销售

日本公司研制的HAL-3外骨骼系统构成示意图

日本将于年内销售首批10套HAL机器腿样品

　　来源: 舰船知识网络版【编辑:韩玉丽】相关报道

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