《流浪地球》中，有中國(guó)救援隊(duì)CN171-11的外形拉風(fēng)酷炫、功能強(qiáng)大多樣的黑色軍用機(jī)械外骨骼；《鋼鐵俠》中有可以控制磁場(chǎng)，發(fā)射音波炮的高科技戰(zhàn)衣。這些給廣大觀眾留下深刻印象的‘’鎧甲‘’，本質(zhì)上都是機(jī)械外骨骼。

外骨骼這一概念源自于動(dòng)物，區(qū)別于人類的內(nèi)骨骼，外骨骼動(dòng)物的生理結(jié)構(gòu)為我們提供了將輔助骨架放在人體之外，從而使人類做到正常來(lái)說(shuō)做不到的事情的思路。機(jī)械外骨骼原本是科幻小說(shuō)作者的想象。而現(xiàn)在，在科技高速發(fā)展的今天，它不再僅僅出現(xiàn)在幻想之中，而是被一步步研制改進(jìn)，機(jī)械外骨骼的概念依托機(jī)械工程領(lǐng)域的基石在現(xiàn)實(shí)生活中延續(xù)。

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除了影視作品中無(wú)數(shù)次塑造出的外骨骼在軍事方面廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之外，在現(xiàn)實(shí)世界里，它還有一個(gè)更貼近我們生活的用途，那便是作為醫(yī)療輔助器械，為殘疾人士提供幫助。

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2014年巴西世界杯的開(kāi)幕式上，一名來(lái)自巴西的癱瘓年輕人在腦控機(jī)械外骨骼的幫助下，踢出了巴西世界杯的第一球，被稱為最獨(dú)特的開(kāi)球。

這套機(jī)械外骨骼由神經(jīng)科學(xué)家Miguel Nicolelis制造，他的工作原理是如下圖這樣的。

裝配32個(gè)電極的頭盔檢測(cè)來(lái)自大腦的電信號(hào)，諸多傳感器可以捕捉人的動(dòng)作和意圖，并將其發(fā)送給計(jì)算機(jī)，配合一套控制算法，將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)信息，使外骨骼的動(dòng)作與人體的動(dòng)作意圖一致。

除了頭盔和腿部的外骨骼，使用者身后的背包也是大有用途。首先，外骨骼的正常工作需要其中裝配的液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，其次，背包中的陀螺儀可以平衡人體與外骨骼的穩(wěn)定，使人體走的每一步都能穩(wěn)穩(wěn)地踩在地面上，而不會(huì)使上下半身行動(dòng)不一致導(dǎo)致人體失去平衡。這幾部分相互配合，以此起到輔助行為的作用。

但是，這樣的機(jī)械外骨骼略顯笨重，穿戴也不方便。

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為了超越鋼鐵俠為了讓機(jī)械外骨骼更大限度地發(fā)揮它的作用，幫助更多有需要的人，具有材料創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的機(jī)械外骨骼出現(xiàn)在我們的視線里。

比如這個(gè)

光看圖片，是不是就能深深體會(huì)到它們的簡(jiǎn)單輕便！

這就是得到業(yè)內(nèi)認(rèn)可和鋼鐵俠的認(rèn)可的，十分輕量舒服的機(jī)械外骨骼。

“你可以想象一個(gè)像蜘蛛網(wǎng)一樣的東西緊緊的結(jié)合你的貼身褲子，”設(shè)計(jì)和建造這款外骨骼的研究小組負(fù)責(zé)人、美國(guó)哈佛大學(xué)維斯研究所機(jī)器人學(xué)研究學(xué)者康納·沃爾什（Conor Walsh）這樣說(shuō)道。

這套機(jī)械外骨骼是對(duì)多年技術(shù)優(yōu)化的成果，它打破了人們對(duì)機(jī)械外骨骼笨重遲鈍的印象。

在材料方面，它主要由專門(mén)設(shè)計(jì)的纖維織物組成，不包含任何堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)。因此，它比堅(jiān)硬的假肢外骨骼要更輕，其重量只有7.5千克（并不包括驅(qū)動(dòng)人造“肌肉”的 氣源），僅僅和一只吃飽了就睡覺(jué)的成年胖橘貓一樣重。

在結(jié)構(gòu)原理方面，這套服裝依賴于人類行走時(shí)腿部的運(yùn)動(dòng)——它的特色在于在合適的時(shí)刻增加額外的動(dòng)力或者力量，主要通過(guò)電纜驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)為佩戴者打輔助，因此，比起輔助者，它更適合被稱作增強(qiáng)者。

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這就夠了嗎？不！可與之匹敵的還有一款！

這是一款“神奇”的設(shè)備，能像穿短褲一樣穿在身上。

在機(jī)械外骨骼領(lǐng)域中，這是首個(gè)能夠同時(shí)適用于走路、跑步、上坡下坡等復(fù)雜情況裝置。

它的總重只有5公斤，且重量的90%以上都靠近身體的重心。其研究者表示，這種集中重量的方法，結(jié)合靈活的服裝設(shè)計(jì)，能夠最大限度的減少對(duì)佩戴者的負(fù)擔(dān)和運(yùn)動(dòng)限制，所以，人體真正感受到的重量也許就是抱著一只“少吃多動(dòng)”的瘦橘貓。

發(fā)揮作用的時(shí)候，電動(dòng)馬達(dá)會(huì)通過(guò)電纜在腰帶和大腿之間施加張力，在髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生一個(gè)與臀肌協(xié)同工作的外部延伸扭矩，這可以讓你感受到有一股神秘的力量在幫助你完成動(dòng)作。

與前者不同的是，

它不僅可以幫助行走有困難的人，還能夠用于正常的運(yùn)動(dòng)或娛樂(lè)，帶給人們不一樣的新鮮體驗(yàn)。

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根據(jù)研究人員在跑步機(jī)上的測(cè)試表明，穿這個(gè)“短褲”和不穿這個(gè)“短褲”相比，人在走路時(shí)平均代謝率降低了9.3％，跑步時(shí)降低了4％。這就意味著分別減少了7.4公斤和5.7公斤的人體重量！可謂真實(shí)地讓你體驗(yàn)“身輕如燕”的感覺(jué)。

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從笨重到輕盈，從用于軍事到融入生活，直到現(xiàn)在，機(jī)械外骨骼還有許多方面亟待提升。

比如：由于技術(shù)與材料的成本高，外骨骼的價(jià)格還是比較高的。而如何去解決這些難題，需要機(jī)械、材料等領(lǐng)域的共同的進(jìn)步和創(chuàng)新。因此，作為材制學(xué)部的學(xué)生，我們不一定要盲目追求創(chuàng)造出全新的科研產(chǎn)品，開(kāi)辟出一個(gè)個(gè)新天地，或許多學(xué)習(xí)借鑒已有的創(chuàng)新成果也是一種不錯(cuò)的方式，在提升自己能力的同時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中美中不足的地方并加以完善，承擔(dān)起優(yōu)化完善產(chǎn)品的責(zé)任，讓它們發(fā)揮出最大的功用，從而帶給人們更真切的便利。

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參考：

百度百科----機(jī)械外骨骼

公眾號(hào)----果殼 《踢出世界杯第一球的機(jī)械外骨骼，真的有那么神奇么》

???????????????《真實(shí)世界鋼鐵俠：穿上機(jī)械外骨骼，一起“復(fù)仇”一起飛》

撰? 稿? 人：　科協(xié)科創(chuàng)部　　　白雅茜

責(zé)任編輯：　科協(xié)科創(chuàng)部　　　馬浩然

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