机械外骨骼

折叠 外骨骼的诞生

2000年，萨科斯申请Darpa投资。雅各布森认为他找到了Darpa悬赏解决问题的答案。这个问题是如何让操作者与机器人互动。为证实自己的直觉，雅各布森请公司摄影师乔恩·普莱斯和他的女儿一起帮他做个实验。

这个实验让普莱斯扮演外骨骼，他的女儿扮演内部操作者。她背对父亲，站到他脚上，她的脚趾压在他的脚趾上。他们握着手帮助平衡。她开始朝前行走。普莱斯的任务就是和女儿保持同步，让自己的脚始终保持在她脚下。几分钟后，他们的行动宛如一人。他女儿完全掌握决策---走多快，什么时候转弯---普莱斯只是一步一步地努力模仿她。

该演示向雅各布森证明，只需要几个接触点---比如脚和手---一台聪明的机器就能明白绑在它身上的操作者的动作意图，并配合行动。理论虽然简单，实践却相当困难。在完成XOS的过程中，雅各布森和他的小组重新设计了微型传动装置，改进了压力感应器，发明了更高效的液压阀门，甚至设计了机器人的铝脚板。但是，被设计者叫做"扫清道路"的控制系统才是把所有零件整合一体的关键，是把他设计的又一个机器人提升到"超人外衣"的核心。曾亲身试穿XOS的奥布瑟克完全赞同:"稍微负重，人体就很容易疲劳。"但是，XOS的控制系统让人体负担减轻到接近零。

正是这个控制系统使演示操作员詹姆森能连续50次举起200磅杠铃，心率却不加快。当他从架子上拉下杠铃时，手上的感应器立刻检测到扭矩的变化。假如没有外骨骼帮助，感应器将显示，他每只手试图拉下100磅重量。但是，雅各布森解释说，该系统的目标是让这些感应器感受的压力接近于零，如此才能让XOS发挥作用。

那些手上的感应器以每秒几百次甚至几千次的速度把测量到的数据传给中央处理器。这一系统把数据输入一系列计算外骨骼手臂、腿和背部方位和运动的公式。最终认识到詹姆森想要把手放下，计算出要模仿他的动作，每个关节内的每条人工肌肉需要如何运动。詹姆森从未感到一点儿负担，因为在他真正用力前，系统已经指挥机械手臂代为拿下杠铃。在举动练习后，他卸下XOS，毫无喘气迹象。我问他感觉如何。"很好，"他说着耸了耸肩。

詹姆森演示的XOS大约是第4版。雅各布森带我参观一个房间，里面，前3套机械外衣原型像木偶一样挂在架子上。让我立刻联想到铁人的"装甲厅"---斯塔克保管他的铁甲衣的房间。第一件机械衣建造于2002年，没有动力。萨科斯小组建造它的目的，是证明外骨骼能像人体一样自如行动。雅各布森把一名工程师绑在衣服内，让他尝试各种复杂动作，比如踢球、跑步、爬进汽车驾驶室。通过这一系列实验，他们证实在恰当的地方采用了恰当关节。

让这些关节以恰当的速度和力量开合则比较困难。2003年，萨科斯开始用水压驱动传动器做人工肌肉。这一方法并非他首创。事实上，另一位外骨骼研究者认为，XOS对水压装置的依赖最终将导致它的失败。这位不愿透露姓名的工程师没有亲眼见过XOS，只是在YouTube上见过一个新闻短片。他说，水压装置太耗电。他认为，电传动器比较好，因为它们消耗能量与行动相符。但是，雅各布森不耐烦地反驳了这种批评。"你喜欢你的汽车刹车吗?你是否希望你乘坐的飞机着陆系统正常工作?它们都是水压的。"之后他又补充说，他已经解决了能量浪费问题。但是他不愿解释细节，只是说萨科斯重新设计了控制液体流动的阀门，使之只在需要的情况下才启动，所以在机械衣运动的情况下才消耗能量。

虽然在举重项目上令人刮目相看，XOS并没有达到Darpa的全部目标。它不能使你腾空灌篮，不能帮你跑得更快，还不能把你变成赫拉克勒斯(大力神)。但是，奥布瑟克说，Darpa当初的目标之一就是看它开列的愿望清单上是否有一项能够实现。在3个参加该项目的团队中(萨科斯、奥克里奇国家实验室和加州大学伯克莱分校)，XOS于2005年脱颖而出，最接近五角大楼构想的，成为美军批准进入下一阶段研究的全身外骨骼。萨科斯已经获得陆军1000万美元经费，覆盖两年研究。

詹姆森再次穿上XOS，演示放松锻炼。我看着这套150磅重的机器外衣像影子一样模仿他的每个动作，而它们之间只有6个关节互相接触，想象到秒在每个感应器和中央处理器之间流动的海量数据，眼前的情景精彩程度不亚于《钢铁侠》影片中的特效。我几乎忍不住设想詹姆森飞身冲破房顶。但是，这不可能发生。要冲出洞穴，首先得切断连接XOS的电线。

折叠 竞争者

外骨骼研究者的世界狭小、秘密、不乏明争暗斗。虽然，可能并不了解对手装置的工作原理，仍然会不失时机地冷嘲热讽。最常见的攻击方法是，"你问他打算怎么提供动力。"XOS和美国实验室中其他两套比较领先的外骨骼试图从不同的角度攻克这个难题。雅各布森决定，首先建造一套相当能干的衣服，然后再钻研如何给它提供4至24小时动力(Darpa提出的最低动力要求)。在我所见的所有演示中，詹姆森和XOS都连接着一个水力泵，通过它从外部电源获得电能。这套衣服可以用电池驱动，但是每次只能工作40分钟。另外两位外骨骼研究者---麻省理工学院的休·赫耳教授和加州大学伯克莱分校的哈马甬·卡兹鲁尼---已经开始解决动力问题。

赫耳正试图建造一台脚力驱动的机器，尽可能节省能源---启动时只需2瓦特，相当于便携收音机的耗能---但却能支持穿戴者所背负80磅重量的80%.设计由于会影响穿着者的步态，穿上后消耗能量比没有穿时略多。但是，赫耳相信，在不久的未来，他能够改进机械结构，让机器最终帮助节省而不是消耗穿着者的体力。最终，他设想这套装置被用于娱乐，周末时，人们穿着它去爬山，奔跑一天也不觉得累。如果说赫耳的设想还比较遥远，卡兹鲁尼则向我暗示，在解决动力方面，他已经走到一半。