钢铁侠可成真？

钢铁侠托尼·斯塔克

XOS外骨骼系统

XOS外骨骼系统


日本HAL

日本HAL


美国HULC下肢外骨骼

理论

飞行后劲不足

钢铁侠托尼·斯塔克从头到脚包裹得严严实实，重量可想而知，由此引发的一个疑问是：喷气靴需要产生多大的能量才能将钢铁侠送入高空，并且能保证他长时间飞行？在解答这个疑问之前，先粗略计算一下铁甲的重量。

假设斯塔克的身高为6英尺左右(约为1.82米)，他就应该穿50码的衣服，这个号码的男装所用布料的面积通常为26200平方厘米。假设铁甲的厚度为1/8英寸(约0.32厘米)，用面积乘以厚度就可以得出铁甲的体积大约为8400立方厘米。如果铁甲的密度按照普通的铁计算(约为8克/立方厘米)，可得出铁甲的重量为67200克，将近150磅左右(铁甲内各种线路装置的重量忽略不计)。如果斯塔克的体重为180磅，那么喷气靴的推力至少要克服330磅(约为150千克)的重量，才能保证钢铁侠不会从空中掉下来。

钢铁侠经常能在10分钟内从相隔50英里(约为80公里)的斯塔克公司到达“复仇者大厦”，相应的，他飞行的平均速度应该保持在300英里/小时(约为134米/秒)，这个速度已接近于音速的一半。以此速度计算，并套用动能计算公式,喷气靴至少需要提供134万焦的推力，支撑钢铁侠飞行一整天所需的能量则将近800万焦。

如果钢铁侠飞行的动力主要依靠存储在喷气靴动力装置中的化学燃料，800万焦的能量所需要的燃料数量就是相当可观的。但是燃料存储得越多，铁甲的体积和重量也就越大，这些因素反过来又会制约飞行的高度和长度，况且喷气靴是否有足够的空间存储这些燃料也是个问题。除非斯塔克使用的是比常见化学燃料更高效的燃料，否则仅仅依靠喷气靴是无法将钢铁侠送入高空的。

现实

能够力大无穷

当钢铁侠1963年首次出现于漫画中时，美国国防部不禁感叹，这正是他们想要的东西——士兵可以穿在身上，无障碍感应人体活动，即使负重几百磅连续行军数天也不会产生疲劳感，说白了，他们的目的是要将每个士兵都打造成“钢铁侠”。

上世纪90年代末，美国国防部高级计划署投入7500万美元，进行近似于铁甲衣的机械化“外骨骼”的研发。

这种可以穿在身上的机械外衣遭遇了一系列严苛的技术挑战：首先，能量源必须轻便易携，一次充电可以维持一整天的使用需求；“外骨骼”的材质必须轻便、坚固；它还需要一个复杂的控制系统，这种系统可以读取士兵的每个动作，甚至具备每秒钟读取上千个动作数据的功能；微处理器需要将所有数据瞬时转化为“外骨骼”的动作，只有这样，它才能跟上操作人员的动作频率，因为机械动作哪怕有一点滞后，操作人员都会有如同在水中运行的迟滞感。

美国盐湖城的Sarcos公司(一个专门研发机器人的公司，于1983年创立，后被美国雷神集团收购，后者是美国国防、航空特种业务的全球技术领导者)与现实世界中的“托尼·斯塔克”斯蒂夫·雅各布森联手，和另外几家公司一同加入了“外骨骼”系统的研发竞赛。

2008年4月，Sarcos对外公布了他们的研究成果——XOS外骨骼系统。这套外骨骼看上去并不像钢铁侠的铁甲装那样炫酷十足，黑色的“钢筋铁骨”使它看起来像个独立的机器人。它可以像外套一样被穿在身上，手柄、脚部以及背部都装有传感器，这些灵敏的传感器每秒可以为中央处理器提供上百次甚至是数千次测量数据。系统通过读取这些数据，预先判断出操控者的行为意图，从而支配各个部位的机器迎合人的动作，以达到辅助作用，并且几十倍的放大人的力量，在此过程中不会产生丝毫延迟。借助XOS外骨骼，测试者可以轻易举起200磅重的物品，而感觉上好像只有20磅。

《钢铁侠》的电影顾问阿迪·格兰诺夫在看过XOS测试的视频后惊呼：“除了不具备飞行功能和配备武器，这简直就是钢铁侠。”

XOS外骨骼目前已研发到第四代，虽然采用了纳米发动装置，但能源驱动的续航能力依然不尽如人意。在断电状态下，它只能运作40分钟，无法满足美国陆军部野外行军的军事要求。尽管如此，XOS仍然可以称得上当今最先进的“外骨骼”系统。

日本HAL

日本筑波大学工程系教授山海嘉之研制的“HAL外骨骼”，是目前唯一能与XOS抗衡的机械系统，不过它没有涉足军事的野心，主要用途是为众多残疾患者摆脱轮椅起辅助作用。

HAL的工作原理和XOS差不多，动力传感器通过与患者皮肤的紧密接触，从肌肉的变化中捕捉患者的运动意图，HAL系统可以模仿人的自然步态，辅助残疾肢体完成行走、奔跑以及上下楼梯等动作，时速可以达到4公里。除了辅助患者肢体功能的康复，HAL还是医生、护士的好帮手，借助于它，护士不用费力就可以将瘫痪的病人抬起。HAL外骨骼系统将在今年10月投入商业化生产，日本生化动力公司计划从10月份开始，每年生产500套这样的机械腿，进行全球发售。

美国HULC

美国伯克利机器人与人类工程学实验室的卡兹罗尼博士设计的HULC下肢外骨骼，主要用于为健康人行走助一臂之力。这套装置包括一对腿部助力结构和一个背架，背架中配有一只1加仑油箱和一台汽油机，利用液压为各运动部件提供能量，也为传感器和计算机提供能源。

这套装置总重40.9公斤，要想操纵它不需要键盘或控制手柄，使用者只需将背架穿在身上，并将两腿和脚固定在装置上。装置中的40多个传感器能精确预测腿部的运动趋势，背包内的中央处理器利用步态分析并加以计算，瞬间控制助力部件，由于该装置适应人的重量分布和运动幅度，即使背负30公斤的重物，也可以如履平地。

本版文字 孔瑶瑶