中国外骨骼那么炫，在何处能先上战场？_风闻

这两天，有关解放军试验单兵外骨骼系统的新闻已经在网上传播开了。这场陆军装备部举办、陆军研究院某研究所承办的“超能勇士-2019”单兵外骨骼系统挑战赛上个星期在北京举行，吸引了国内从事相关研究的科研机构、院校、企业等近百支队伍参赛。

▲ 比赛场地并不是什么大漠戈壁，但确实有不少的障碍

单兵外骨骼这个东西看起来极为高科技，毕竟一说起这玩意儿，十有八九要举出钢铁侠或者战争机器这种漫威宇宙中的超级英雄来说明这玩意儿的基本形式和应用前景。但这俩哥们儿浑身的先进武器和更复杂的人工智能辅助系统却让外骨骼这个相对基础的功能的重要性显得稀松平常——对于现在的外骨骼技术而言，提升穿戴者的承载能力和动作能力这个基础的事情，很多时候还没有完善到能够让人随便往人身上增加各种功能的状态。

▲ “钢铁侠”和“战争机器”都是典型的外动力外骨骼

按照这次“超能勇士-2019”比赛的报道，赛事围绕外骨骼系统在单兵负重、机动、生存、防护方面的能力需求，设置了轻装机动、负重行军、物资搬运、弹药装填等7个比赛项目，还安排了防护集成、嵌入融合、意图感知、单兵飞行等5个创新演示类样机展示。基本上可以看出我军目前对于外骨骼技术运用的看法——需要具备足够的机动能力，强调负重和搬运重物两类主要任务。至于将外骨骼作为“超级战士”的基础，给外骨骼加防护、加感知、加信息化、加行动能力什么的想法则可以探索预研，但整体还属于未来长期的规划。

▲ 从外貌看，近处称重的外骨骼似乎是一种分散重量的无动力外骨骼，而后面的则是一款有腿部组件的动力外骨骼

整体上来说，这和2015年总装备部轻武器论证研究所主办的“助力无限-2015”穿戴式外骨骼助力装备挑战赛对于外骨骼的认识基本一致（毕竟是助力嘛），不过在测试项目上相对更加粗糙一些，当年的比赛只有负载机动性能类、搬移托举性能类和综合性能类三种，总共13个考核科目。参赛队伍和样机也少，比起今年近百支的队伍，2015年的比赛只有15家单位的12台样机参赛，短短几年里，中国在这一领域里的发展速度之快可见一斑。

▲ 有关这场比赛的照片不多，这张照片里，差不多已经聚集了全部的参赛机种了

2015年的比赛时，中国研制的外骨骼虽然已经在动力上分为液压和电机两大流派，但多数还是以下肢型外骨骼为主，多数都只能依靠背架背负重物，只有少数能够完成搬移托举，以至于中科院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所当年研制的“钢铁战士”外骨骼虽然其实只是一款基于骨骼康复设计的产品，但已经能够在当时的搬移托举比赛中取得第一名了。

▲ 这么多年来，我国的外骨骼研制技术也有了不小的进步

而在今年的比赛中，可以看到物资搬运和弹药装填这样需要借助上身或者手臂外骨骼设备的项目中已经有了不少的参赛机型。从一般结构上来看，负载机动最为简单，一般只需要下肢型外骨骼上增加一个背部支架就行——实际上不少外骨骼设备的电池设备都是以这样的形式背负在背后的；物资搬运就相对复杂一些，需要在背部设置越过肩部的承力结构，让腰部更多承担搬运的力量，而减少对手臂的压力；至于需要装填炮弹的外骨骼，则会有相对复杂的上臂结构，以实现在不同角度下装填沉重弹药这样的复杂动作。

▲ 这两组搬运物资的外骨骼，都是用肩部的挂钩将重量通过背部向下传导

当然，外骨骼本身的技术并没有特别复杂，虽然不少外骨骼都需要基于人体运动模型，用多组传感器理解穿戴者的运动意图，以控制外骨骼快速随动，但绝大多数外骨骼在当代的运用却长期停留在演示样机或者实验室阶段，这其中一个致命的问题，就在于当代动力外骨骼的能源。

▲ 外骨骼背部的盒子，一般就是其储存电池的地方

当代外骨骼通常使用电力作为外骨骼的能源，一般会使用大型的电池组背负在身上，但这样巨大的电池往往无法支持外骨骼的长时间运动。对多数电动外骨骼而言，1-2个小时算是常见的运动时间，但这点时间对于战场上的多数任务来说都太短了（甚至不少展会上的外骨骼也都是“充电两小时，通话五分钟”的状态）；而如果要继续增加续航时间，则增加的电池重量就会严重影响到外骨骼的承重能力，甚至会缩短其续航时间。虽然理论上用内燃机驱动外骨骼也未尝不可，但一来动起来就“突突突”的外骨骼一来缺乏隐蔽性，二来这样的设备也无法在室内、车内等环境下使用。

▲ 这套看起来像是电机形式的外骨骼正在通过复杂地形的通过性测试

从这次参赛的外骨骼来看，腿部组件领域依然是液压和电机两大流派互相竞争，而在物资搬运等领域里，还有不少似乎是无动力外骨骼的产品出现。相比复杂的动力外骨骼，无动力外骨骼的逻辑和结构都简单得多，它们多数是通过一个背部支架，将穿戴者肩部、脊柱和腿部承受的负重压力传递给下肢机械支撑结构，并最终传导至地面，有的还会在腰部设置一个机械臂，帮助使用者持握一些重量较大的设备。无动力设备成本低、续航能力也近乎无限，生产装备的难度都较小，似乎也反映了外骨骼在追求短期内运用中的一些考虑。

▲ 美俄两国都有不少这样简单的无动力外骨骼，结构简单，但是提高的负重能力也有限

至于引发不少人遐想的那张使用全身动力外骨骼的解放军战士在我军的155毫米卡车炮前装填弹药的照片，则可以算是目前接近使用的外骨骼组件中看起来较为成熟的一种设想了。毕竟无论是我军的155毫米自行榴弹炮/卡车炮上虽然都有一部分自动装填，但05式的药筒装填完全依靠人力；卡车炮也只有炮尾的自动装弹系统，将弹药送上去的过程也要依靠人力；各型122毫米的加榴炮的弹药装填更是完全依靠人力。在这样的重体力工作面前，动力外骨骼能够明显减轻装填人员的身体负担；加上当代炮兵作战更多的是爆发的快速装填射击，频繁更换射击阵地是常态，而炮兵部队这样机械化装备较多的部队也有条件在转移阵地间隙为外骨骼充电供能。

▲ 在短暂装填上几发弹药之后，在转移阵地过程中，外骨骼就可以趁机充电了

综合来说，在外骨骼发展到目前这个阶段，一时间又无法跨越动力来源这个技术瓶颈的情况下，在炮兵部队这样机械化程度较高且容易获得能源补充的地方率先实现动力外骨骼的实际运用，并以此改善炮兵部队的表现，从技术的角度来看，算是颇为可行的一种方式。