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美军面临的作战环境和作战任务日益复杂，使美军士兵承担的负重量和工作量也不断增大。为了减轻单兵的工作负荷，防止他们受到过劳损伤，并大幅提高工作效率和作战效率，美军一直致力于研发能够增强单兵能力的机械装备。这种人体外部机械装备，也称人体外骨骼装备，将使单兵获得超人般的力量和耐力，既可增强士兵的后勤工作能力，也可增强它们的作战能力。
解决了重量和机动性等方面的重大缺陷再加上新材料和新技术的发展，美国目前发展出了两种外骨骼装备，它们分别是洛克希德·马丁公司研制的“人类通用负重运输器”（HULC）和雷声公司新开发的XOS2“第二代外骨骼装备”。下面就这两种装备分别做简单的介绍。
“人类通用负重运输器”（HULC）
HULC由液压驱动，可使士兵真正做到“举重若轻”，减少士兵由于负重造成的肌肉和骨骼损伤。目前，HULC可以举起91公斤的重物，而这些重量将主要由外骨骼装备承担，确保了士兵的身体不会因为受到重压而行动迟缓。这种外骨骼装备能够适应各种地形。
研制历程
2008年，伯克利仿生公司启动了HULC项目，洛·马丁公司于2009年从该公司获得了设计许可。同年2月，洛·马公司在弗罗里达劳德代尔堡举行的美国陆军协会冬季座谈会上展示了HULC系统。2010年7月，洛·马公司与马萨诸塞州纳提克市的陆军纳提克士兵中心签订了价值110万美元的合同，开始对加固型的HULC设计进行试验与鉴定。根据合同，纳提克士兵中心要对HULC进行试验，测试其对士兵效能的影响，测量士兵使用系统时耗费的能量，考察系统在不同负重和以不同速度运动时的适应性。2010年10月，洛·马公司对加固型HULC系统进行了升级以提高对不同用户的灵活性和适应性。此后，HULC又进行了一系列实验室试验，包括生物机械试验、动态负重试验和环境试验。此外，踏板运动试验也测量到系统使用者的新陈代谢有明显减缓。而系统的可维护性则通过沙尘、吹风、淋雨、温度和湿度等环境试验进行了鉴定。2011年6月，纳提克士兵中心开始对加固型HULC进行试验。
系统设计与特点
HULC采用了人形设计，主要使用钛金属材料。HULC装置由背包式外架、金属腿及相应的动力设备组成，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。系统无缆线束缚，使用者可灵活地进行下蹲、匍匐和上肢举重。系统不带电池时重24公斤，设计可调节高度适用于身高1.62米至1.87米的用户。HUCL通过系统内微型计算机感知使用者的需求并做出相应的调整，无需外部控制机制。HULC的这种完全非捆绑式、液压驱动的人形外骨骼使得士兵们的行动坐卧毫不费力。当不需要穿戴时，可以折叠处理，装在背包里面即可。HULC系统可在30秒时间内脱下并打包。系统具备可替换的模块化部件，能够帮助使用者在遭遇敌人时快速脱离危险。
HULC前后皆可负重，可在水平地面以4千米/小时的速度行进20千米，持续最大速度为11千米/小时，爆发最大速度为16千米/小时。
HULC外骨骼装备使用锂聚合电池，系统节能特性可确保在电池电量低的情况下承受最大负重。据称HULC能够负重多达100公斤，士兵能在不费多大力的情形下，凭借着一定的速度，出色地完成常人无法完成的任务。2010年1月，洛·马公司与普罗通内克斯技术公司签订了合同，开始研制供HULC使用的燃料电池供电系统，计划将其任务时间增加到72小时。配备了可充电电池的HULC使士兵在长时间遂行任务时携带的电池数量减少。
此外，HULC可以选装附加装备，例如防弹板、降温/加热系统和感应装置。HULC配备较多的传感器，如角辨向器、肌电传感器、地面传感器等。新型传感器可对士兵的呼吸和脉搏进行测量，也可以在士兵中弹或受伤时识别震荡波，随后自动以准确的位置坐标向救援站报告，以便伤者尽早被营救。HULC系统所有动力驱动、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。这些装置都是士兵能够抵抗敌人袭击的强有力防护和反击手段。另外最令人心动的是，HULC可以将枪支或导弹加挂到士兵的肩膀上，并且与头盔瞄准具配合，精确打击敌人和敌方目标。新式头盔瞄准具可拍摄光学和红外照片，并将这些照片即时传送给作战单位，为精确打击目标做好准备。
总之，HULC将提高士兵的能力，增强士兵的力量和持续长时间的战斗力，尤其是适应艰苦战场环境的能力。
HULC的技术难题
HULC在发展的过程中，还有些技术难题需要解决，主要是在能否适应未来战争需要上，美国国防高级研究计划局（DARPA）对其进行了概括：
（1）外骨骼必须用坚韧、轻质且有弹性的复合材料制成。
（2）补给一次能量，外骨骼必须足以运行24小时。
（3）外骨骼的控制必须是无缝的，使用者在穿上该设备后必须能够正常活动。
（4）继续增强携带杀伤性武器的能力，以及网络化作战能力。
（5）抗损伤性能还有待进一步提高。
XOS/XOS2“第一/二代外骨骼装备”
XOS外骨骼系统是斯蒂芬·雅克布森（SteveJacobsen）博士的得意之作，目的是为创造出超人的士兵。该系统经过7年秘密研制而成，美国国防部高级研究计划局提供了1000万美元的研究预算，代表了机械外骨骼领域最先进的水平。到目前为止，已经发展出了XOS/XOS2两种外骨骼装备。
发展历程
1983年Sarcos公司开始了动力外骨骼方面的探索，该公司创始人斯蒂芬·雅克布森亲切地叫它XOS。2000年XOS从14个类似的装备中脱颖而出，被美国国防部高级研究计划局选中发展。后来Sarcos公司被雷声公司收购。针对XOS外骨骼存在的缺陷，雷声公司进行了改进，并在此基础上发展出了XOS2第二代军用外骨骼，于2010年9月进行了公开展示，宣称这种装备与《钢铁侠》系列电影中的钢铁盔甲能力相似。《时代》杂志曾将这一装备评选为2010年“最具震慑力”的发明。 系统设计
XOS是全身型外骨骼，其控制系统通过自身的传感器和计算机系统来判断人的下个动作，从而决定加给人体多大的助力及速度，通过液压系统将力传给外骨骼机构。XOS动作较从前的外骨骼设备动作要敏捷和有力。利用附在身体上的传感器，可以毫不延迟地响应身体的动作，输出强大的力量。当穿上XOS时，举起90.7公斤的重物时人体感觉只有9千克，能连续举50-500次。但目前XOS有一个重大缺陷，就是必须拖着一根电线才行，而自带的电池只能使用40分钟，如果这个问题解决了，相信很快就可以实现实用化。
XOS2属于可穿戴式的机器人套装，重量约为210磅（XOS重150磅），负载能力达200磅。XOS2可以显著增加人的力量，延长士兵的连续用力能力。XOS2由一系列结构、传感器、传动装置以及控制器构成，由高压液压驱动。借助于这种外骨骼，佩戴者可轻松将200磅重的重物举起几百次同时不会感到疲劳。XOS2系统采用具有电气系统的内燃液压发动机，发动机驱动液压制动。整个系统在指定位置配备了各种传感器，整套装备的每个节点上都安装有计算机处理器，传感器通过以太网向计算机处理器发送信号，通过使用液压系统进一步提示执行器提供200千克/平方厘米的动力。它可以使士兵的每个手臂提起50磅的重物。
性能特点
在各项指标上，XOS2都明显优于XOS，简单说就是更轻更快更强，在功效上有了明显改进，耗电量却降低了50%。降低功耗可使动力系统的重量更轻，并最终增加有效载荷。同时使用更多的液压油来减少整套装备的无故振荡，给佩戴者带来方便和舒适。XOS2采用加强型结构设计，在材料上采用高强度铝合金和钢结构，这意味着佩戴者能够在更大程度上应对周围的恶劣环境。雷声公司表示这种装备是为美国陆军量身打造的，一旦穿上这套装备，你的能力将大幅强化，比如可以完成上千次俯卧撑却若无其事，轻而易举地举起重达200磅的重物，单手劈开厚达3英寸的木板，但奔跑时速被限制在3英里/小时以内。雷声公司设想的XOS2军用外骨骼的主要客户就是经常进行繁重体力劳动的后勤部队，比如为军机加挂弹药（通常1枚格斗弹需要3人合力安装）的地勤人员。
XOS2可以使单兵的工作速度加快，工作时间延长，工作能力提高了1-2倍。虽然目前的系统还需要缆绳供电，但无需缆绳的系统已经在研制中了。XOS2的一大功用就是代替佩戴者举起重物，进而降低过度疲劳和虚脱的风险。此外，XOS2也可帮助佩戴者更快速地完成工作。这种外骨骼的佩戴者能够承受2-3名士兵的工作量。也就是说，使用外骨骼允许对军方人员进行重新调配，执行更具战略意义的任务。XOS2可以轻松进行踢足球和击打沙袋等灵巧动作，而且右手的吊钩可以击穿墙壁。目前，XOS2主要有两种型号：一种是“战斗型”，只包括外骨骼的腿部和腰部附件，与HULC类似；另一种是“后勤型”，具备完整的身形。
雷声公司正计划开发一种能够携载燃料的通用液压伺服系统，可以保证8小时的工作能力。它将使超级士兵在作战环境下保持机动性和作战能力。同时将使用液压作为动力源，而不是锂离子电池，消除被破坏和意外爆炸的危险。
发展展望
美军研发外骨骼装备的主要目的是减少从事繁重体力工作的人数，因此，只有不断提高其效能，外骨骼装备才能获得更多的研究经费。目前，HULC和XOS2两种外骨骼装备都已经通过概念验证，开始进行样机试验和研制。洛·马公司由于已经开始在纳提克士兵研究中心进行HULC试验，可以说暂时领先其竞争对手雷声公司。
未来，上述两种外骨骼装备系统都将摆脱电缆的束缚以达到实用能力，不过这将有赖于电源供应问题得到解决。电气化学和固态氧化物燃料电池可能成为合适的选择。此外，两种外骨骼装备还存在非安全性或无效动作等问题，只有解决好类似问题才能避免士兵遭受意外碰撞伤害，才能确保系统运动不会超出士兵的身体极限。虽然通过关节限制，可以解决部分问题，但是只有不断增强传感器的分辨能力，才能避免士兵打喷嚏和肌肉痉挛等无意动作带来的风险。
虽然目前美军的外骨骼装备研制主要针对后勤用途，但是考虑到其潜在的能力巨大，不排除其在将来成为单兵武器平台的可能性。洛·马公司和雷声公司相信，只要能过获得持续的经费支持，外骨骼装备将在2015年左右列装美军部队。
解决了重量和机动性等方面的重大缺陷再加上新材料和新技术的发展，美国目前发展出了两种外骨骼装备，它们分别是洛克希德·马丁公司研制的“人类通用负重运输器”（HULC）和雷声公司新开发的XOS2“第二代外骨骼装备”。下面就这两种装备分别做简单的介绍。
“人类通用负重运输器”（HULC）
HULC由液压驱动，可使士兵真正做到“举重若轻”，减少士兵由于负重造成的肌肉和骨骼损伤。目前，HULC可以举起91公斤的重物，而这些重量将主要由外骨骼装备承担，确保了士兵的身体不会因为受到重压而行动迟缓。这种外骨骼装备能够适应各种地形。
研制历程
2008年，伯克利仿生公司启动了HULC项目，洛·马丁公司于2009年从该公司获得了设计许可。同年2月，洛·马公司在弗罗里达劳德代尔堡举行的美国陆军协会冬季座谈会上展示了HULC系统。2010年7月，洛·马公司与马萨诸塞州纳提克市的陆军纳提克士兵中心签订了价值110万美元的合同，开始对加固型的HULC设计进行试验与鉴定。根据合同，纳提克士兵中心要对HULC进行试验，测试其对士兵效能的影响，测量士兵使用系统时耗费的能量，考察系统在不同负重和以不同速度运动时的适应性。2010年10月，洛·马公司对加固型HULC系统进行了升级以提高对不同用户的灵活性和适应性。此后，HULC又进行了一系列实验室试验，包括生物机械试验、动态负重试验和环境试验。此外，踏板运动试验也测量到系统使用者的新陈代谢有明显减缓。而系统的可维护性则通过沙尘、吹风、淋雨、温度和湿度等环境试验进行了鉴定。2011年6月，纳提克士兵中心开始对加固型HULC进行试验。
系统设计与特点
HULC采用了人形设计，主要使用钛金属材料。HULC装置由背包式外架、金属腿及相应的动力设备组成，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。系统无缆线束缚，使用者可灵活地进行下蹲、匍匐和上肢举重。系统不带电池时重24公斤，设计可调节高度适用于身高1.62米至1.87米的用户。HUCL通过系统内微型计算机感知使用者的需求并做出相应的调整，无需外部控制机制。HULC的这种完全非捆绑式、液压驱动的人形外骨骼使得士兵们的行动坐卧毫不费力。当不需要穿戴时，可以折叠处理，装在背包里面即可。HULC系统可在30秒时间内脱下并打包。系统具备可替换的模块化部件，能够帮助使用者在遭遇敌人时快速脱离危险。
HULC前后皆可负重，可在水平地面以4千米/小时的速度行进20千米，持续最大速度为11千米/小时，爆发最大速度为16千米/小时。
HULC外骨骼装备使用锂聚合电池，系统节能特性可确保在电池电量低的情况下承受最大负重。据称HULC能够负重多达100公斤，士兵能在不费多大力的情形下，凭借着一定的速度，出色地完成常人无法完成的任务。2010年1月，洛·马公司与普罗通内克斯技术公司签订了合同，开始研制供HULC使用的燃料电池供电系统，计划将其任务时间增加到72小时。配备了可充电电池的HULC使士兵在长时间遂行任务时携带的电池数量减少。
此外，HULC可以选装附加装备，例如防弹板、降温/加热系统和感应装置。HULC配备较多的传感器，如角辨向器、肌电传感器、地面传感器等。新型传感器可对士兵的呼吸和脉搏进行测量，也可以在士兵中弹或受伤时识别震荡波，随后自动以准确的位置坐标向救援站报告，以便伤者尽早被营救。HULC系统所有动力驱动、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。这些装置都是士兵能够抵抗敌人袭击的强有力防护和反击手段。另外最令人心动的是，HULC可以将枪支或导弹加挂到士兵的肩膀上，并且与头盔瞄准具配合，精确打击敌人和敌方目标。新式头盔瞄准具可拍摄光学和红外照片，并将这些照片即时传送给作战单位，为精确打击目标做好准备。
总之，HULC将提高士兵的能力，增强士兵的力量和持续长时间的战斗力，尤其是适应艰苦战场环境的能力。
HULC的技术难题
HULC在发展的过程中，还有些技术难题需要解决，主要是在能否适应未来战争需要上，美国国防高级研究计划局（DARPA）对其进行了概括：
（1）外骨骼必须用坚韧、轻质且有弹性的复合材料制成。
（2）补给一次能量，外骨骼必须足以运行24小时。
（3）外骨骼的控制必须是无缝的，使用者在穿上该设备后必须能够正常活动。
（4）继续增强携带杀伤性武器的能力，以及网络化作战能力。
（5）抗损伤性能还有待进一步提高。
XOS/XOS2“第一/二代外骨骼装备”
XOS外骨骼系统是斯蒂芬·雅克布森（SteveJacobsen）博士的得意之作，目的是为创造出超人的士兵。该系统经过7年秘密研制而成，美国国防部高级研究计划局提供了1000万美元的研究预算，代表了机械外骨骼领域最先进的水平。到目前为止，已经发展出了XOS/XOS2两种外骨骼装备。
发展历程
1983年Sarcos公司开始了动力外骨骼方面的探索，该公司创始人斯蒂芬·雅克布森亲切地叫它XOS。2000年XOS从14个类似的装备中脱颖而出，被美国国防部高级研究计划局选中发展。后来Sarcos公司被雷声公司收购。针对XOS外骨骼存在的缺陷，雷声公司进行了改进，并在此基础上发展出了XOS2第二代军用外骨骼，于2010年9月进行了公开展示，宣称这种装备与《钢铁侠》系列电影中的钢铁盔甲能力相似。《时代》杂志曾将这一装备评选为2010年“最具震慑力”的发明。 系统设计
XOS是全身型外骨骼，其控制系统通过自身的传感器和计算机系统来判断人的下个动作，从而决定加给人体多大的助力及速度，通过液压系统将力传给外骨骼机构。XOS动作较从前的外骨骼设备动作要敏捷和有力。利用附在身体上的传感器，可以毫不延迟地响应身体的动作，输出强大的力量。当穿上XOS时，举起90.7公斤的重物时人体感觉只有9千克，能连续举50-500次。但目前XOS有一个重大缺陷，就是必须拖着一根电线才行，而自带的电池只能使用40分钟，如果这个问题解决了，相信很快就可以实现实用化。
XOS2属于可穿戴式的机器人套装，重量约为210磅（XOS重150磅），负载能力达200磅。XOS2可以显著增加人的力量，延长士兵的连续用力能力。XOS2由一系列结构、传感器、传动装置以及控制器构成，由高压液压驱动。借助于这种外骨骼，佩戴者可轻松将200磅重的重物举起几百次同时不会感到疲劳。XOS2系统采用具有电气系统的内燃液压发动机，发动机驱动液压制动。整个系统在指定位置配备了各种传感器，整套装备的每个节点上都安装有计算机处理器，传感器通过以太网向计算机处理器发送信号，通过使用液压系统进一步提示执行器提供200千克/平方厘米的动力。它可以使士兵的每个手臂提起50磅的重物。
性能特点
在各项指标上，XOS2都明显优于XOS，简单说就是更轻更快更强，在功效上有了明显改进，耗电量却降低了50%。降低功耗可使动力系统的重量更轻，并最终增加有效载荷。同时使用更多的液压油来减少整套装备的无故振荡，给佩戴者带来方便和舒适。XOS2采用加强型结构设计，在材料上采用高强度铝合金和钢结构，这意味着佩戴者能够在更大程度上应对周围的恶劣环境。雷声公司表示这种装备是为美国陆军量身打造的，一旦穿上这套装备，你的能力将大幅强化，比如可以完成上千次俯卧撑却若无其事，轻而易举地举起重达200磅的重物，单手劈开厚达3英寸的木板，但奔跑时速被限制在3英里/小时以内。雷声公司设想的XOS2军用外骨骼的主要客户就是经常进行繁重体力劳动的后勤部队，比如为军机加挂弹药（通常1枚格斗弹需要3人合力安装）的地勤人员。
XOS2可以使单兵的工作速度加快，工作时间延长，工作能力提高了1-2倍。虽然目前的系统还需要缆绳供电，但无需缆绳的系统已经在研制中了。XOS2的一大功用就是代替佩戴者举起重物，进而降低过度疲劳和虚脱的风险。此外，XOS2也可帮助佩戴者更快速地完成工作。这种外骨骼的佩戴者能够承受2-3名士兵的工作量。也就是说，使用外骨骼允许对军方人员进行重新调配，执行更具战略意义的任务。XOS2可以轻松进行踢足球和击打沙袋等灵巧动作，而且右手的吊钩可以击穿墙壁。目前，XOS2主要有两种型号：一种是“战斗型”，只包括外骨骼的腿部和腰部附件，与HULC类似；另一种是“后勤型”，具备完整的身形。
雷声公司正计划开发一种能够携载燃料的通用液压伺服系统，可以保证8小时的工作能力。它将使超级士兵在作战环境下保持机动性和作战能力。同时将使用液压作为动力源，而不是锂离子电池，消除被破坏和意外爆炸的危险。
发展展望
美军研发外骨骼装备的主要目的是减少从事繁重体力工作的人数，因此，只有不断提高其效能，外骨骼装备才能获得更多的研究经费。目前，HULC和XOS2两种外骨骼装备都已经通过概念验证，开始进行样机试验和研制。洛·马公司由于已经开始在纳提克士兵研究中心进行HULC试验，可以说暂时领先其竞争对手雷声公司。
未来，上述两种外骨骼装备系统都将摆脱电缆的束缚以达到实用能力，不过这将有赖于电源供应问题得到解决。电气化学和固态氧化物燃料电池可能成为合适的选择。此外，两种外骨骼装备还存在非安全性或无效动作等问题，只有解决好类似问题才能避免士兵遭受意外碰撞伤害，才能确保系统运动不会超出士兵的身体极限。虽然通过关节限制，可以解决部分问题，但是只有不断增强传感器的分辨能力，才能避免士兵打喷嚏和肌肉痉挛等无意动作带来的风险。
虽然目前美军的外骨骼装备研制主要针对后勤用途，但是考虑到其潜在的能力巨大，不排除其在将来成为单兵武器平台的可能性。洛·马公司和雷声公司相信，只要能过获得持续的经费支持，外骨骼装备将在2015年左右列装美军部队。