負重前行：外骨骼裝備的神奇功用

正常成年人的身體有206塊骨骼，我們的一舉一動在很大程度上都依賴這些結(jié)構(gòu)精巧、運轉(zhuǎn)自如的骨骼。不過，我們?nèi)祟惖墓趋蓝际前卦诿l(fā)、皮膚和肌肉深處的，它們在人眼看不見的地方借助神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉組織的拉動，強力地支撐著我們的身體，讓我們能屈能伸，頂天立地。

機械外骨骼，或稱動力外骨骼，是一種由鋼鐵的框架構(gòu)成并且可讓人穿上的機器裝置，這個裝備可以提供額外能量來供四肢運動。憑借這套“服裝”，人類就可以成為所謂的“鐵人”。

外骨骼，望文生義，是不是指骨骼長在身體的外面呢？還真就是這么回事，我們?nèi)祟愡@一類具有皮毛的生物的骨骼可以叫作內(nèi)骨骼。不過，具有外骨骼的生物，同學們見過的也不少。

都有哪些生物長著外骨骼呢？在自然狀態(tài)下，外骨骼生物包括有硬殼或“皮”的昆蟲（如甲蟲、蟑螂）和甲殼類動物（如蝦、蟹）。外骨骼生物體表覆蓋著的堅硬體壁由3部分組成：表皮細胞層、基膜和角質(zhì)層。表皮細胞層由一層活細胞組成，它向內(nèi)分泌形成一層薄膜，叫作基膜，向外分泌形成厚的角質(zhì)層。角質(zhì)層除了能防止體內(nèi)水分蒸發(fā)和保護內(nèi)部構(gòu)造，還能與內(nèi)壁所附著的肌肉共同完成各種運動，跟脊椎動物體內(nèi)的骨骼有相似的作用，因此被叫作外骨骼。甲殼動物的外骨骼還含有大量鈣質(zhì)，昆蟲的卻幾乎無鈣質(zhì)。

自然界的生物都是經(jīng)過長期進化而來的，這些與我們?nèi)祟悶榇淼膬?nèi)骨骼迥異的外骨骼造型，區(qū)別在哪里呢？內(nèi)骨骼與外骨骼的關(guān)鍵區(qū)別在于保障。昆蟲和螃蟹的外骨骼是充當盔甲的器官，它也為生物提供了一個框架或結(jié)構(gòu)。在某種程度上，騎士的全金屬盔甲可稱作一種外骨骼，因為它提供了一個硬殼或皮膚，在戰(zhàn)斗中保護騎士。航天服和深海潛水的外穿裝備也算是外骨骼，因為它們在極其惡劣的外部條件下幫助人體正常工作。人類非常善于學習模仿并創(chuàng)新，外骨骼又讓我們學到了什么？以此為參考，科學家又鼓搗出了什么呢？答案是讓你驚喜的！科學家對外骨骼的研究和應(yīng)用進行了更加廣闊的拓展。外骨骼被更多地聯(lián)系到“超級裝備”，或用于擴充、增強一個人生理機能的系統(tǒng)。它們可幫助人舉起或攜帶較重的負荷，跑得更快，跳得更高。

比如，在軍事上，外骨骼將幫助戰(zhàn)士更好地進行戰(zhàn)斗，因為戰(zhàn)士可以得到更好的保護，攜帶更多的武器和裝備，并具有比正常人更強的體能。中國單兵外骨骼系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)成功，還可根據(jù)需要加裝輔助裝置。該裝備額定負荷平均平地步速為每小時4.5千米，平地行走續(xù)航里程為20千米。該新型外骨骼系統(tǒng)已經(jīng)進行到裝備部隊的階段，可執(zhí)行高原單兵巡邏、山地單兵巡邏、跨越障礙等任務(wù)。我國邊防部隊于2020年底在海拔5 000米的西藏阿里地區(qū)的實際使用中發(fā)現(xiàn)，單兵外骨骼裝備可顯著提高高原部隊的單兵負重，提升單兵偵察能力。

外骨骼實驗研究（圖片來源視覺中國）

在醫(yī)療康復(fù)方面，外骨骼通常由金屬或碳纖維等材料制成，它可以像衣服一樣穿戴在身體表面，能增強人體行動能力、減輕負重，可以幫助患有多發(fā)性硬化癥、嚴重關(guān)節(jié)炎等疾病的群體克服行動困難。特別是對于一些失能老人而言，外骨骼的意義很重大。在它的幫助下，殘疾人和老年人完全可以行動自如地進行日常生活中的散步、爬樓梯、負重等動作。

外骨骼的功能如此強大，應(yīng)用前景如此廣闊，也引起了全世界科學家的興趣，各國紛紛組織了大量的科技精英加快研發(fā)，可穿戴的外骨骼裝備、能跑會跳的外骨骼機器人紛紛走進我們的視野。

隨著外骨骼裝備研究開發(fā)的推進，它們必將日臻完美。有一天，當你看到老人穿著這些外骨骼裝備在公園愉快地打著太極時，當你看到外骨骼機器人抱著你的快遞健步如飛地向你跑來時，可千萬不要覺得奇怪，因為這就是科技的力量，也是科技造福人類的宗旨體現(xiàn)。

外骨骼裝備都運用了哪些技術(shù)

外骨骼裝備包括力傳感器、感知判斷裝置、控制裝置、傳動執(zhí)行裝置和驅(qū)動裝置，能夠幫助穿戴者在高負荷狀態(tài)下行走、上下坡或匍匐前進。外骨骼裝備的驅(qū)動技術(shù)包括液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電動機驅(qū)動，這些技術(shù)的融合保證外骨骼能夠 “動”起來，高效能源和能源管理技術(shù)則使外骨骼系統(tǒng)動力更持久。一些最新的外骨骼裝備中，還內(nèi)設(shè)可實時收集使用者脈搏、血壓和呼吸頻率等數(shù)據(jù)的傳感器，同時加載信息耦合、移動計算等技術(shù)。