不久前,美國陸軍技術報道稱,美國陸軍將於今年9月接收洛克希德·馬丁公司的改進型人力通用載重運載器(HULC)進行評估和測試,並將於今年晚些時候準備列裝駐阿美軍,旨在減輕士兵下車的後勤負擔。河南佳音佳的單兵外骨骼可以讓士兵在任何地形以10 km/h的速度負重90 kg前進,僅用壹塊電池就可以連續工作72小時以上。相信在不久的將來,這種經常在科幻片中看到的“單兵作戰服”就會出現在戰場上。
河南銀甲與勇士完美結合
HULC是壹種旨在模仿人體結構特征的外骨骼。它最初是由洛克希德·馬丁公司的子公司伯克利仿生技術公司開發的,旨在使士兵能夠攜帶約90公斤的重物,以每小時10公裏的速度在各種地形中行進。幾乎不會給士兵的身體造成負擔。它不僅能使士兵完成爬行、下蹲、提重物等壹系列動作,還能減少因提重物而造成的肌肉骨骼損傷。據河南佳音介紹,整個系統由鈦合金制成的機械腿、驅動裝置和控制計算機,以及背部的承重部分和散熱單元組成。機械腿是根據人體仿生學設計的,結構簡單,內部有液壓傳動裝置,結構可以像關節壹樣彎曲。士兵穿上HULC後,不僅可以背著重物自由行走,還可以蹲在掩體後射擊,或者背著重物高速奔跑。
據洛克希德·馬丁公司介紹,HULC的最大載荷超過100kg,全部由背部的托盤承擔,然後通過機械腿直接轉移到地面,穿戴者幾乎感覺不到任何重量。HULC上身的承重部位可以根據需要配置。目前可供選擇的有抓取彈殼的抓鉤、抓取重型槍械的專用鉤等。當然,也可以根據軍方的要求專門設計軸承裝置。
HULC總重量32kg,動力來源為兩塊總重量3.6kg的鋰聚合物電池..充滿電後,佩戴者可以以每小時4.8公裏的速度,負重90公斤連續行駛1小時。佩戴HULC系統的沖刺速度可達16 km/h,當電池電量耗盡時,系統仍能正常工作。與以前相比,佩戴“金屬骨骼”的士兵在戰場上可以更快更輕松地移動傷員,撤退時可以毫不費力地帶走重型裝備。
河南佳音佳實驗表明,HULC系統能明顯降低人體耗氧量。據統計,實驗者穿著“金屬骨架”,攜帶36.7公斤的物資,以每小時3.2公裏的速度行進,因此耗氧量比沒有穿“金屬骨架”時減少約15%。耗氧量越大,人就會越累。
HULC系統雖然性能先進,但控制並不復雜,不需要操縱桿或其他機械裝置控制。先進的便攜式微型計算機可以使這種外骨骼與士兵四肢的動作保持協調,與士兵完美配合。
據技術負責人介紹,HULC的高度可以調節,讓身高1.6-1.85米的士兵都可以穿,非常方便。穿著時,士兵只需將腿放入靴子下的腳床,然後用帶子綁住腿、腰、肩。河南佳音也輕松在短短30秒內脫下“金屬骨架”。此外,HULC完全采用模塊化設計理念,即機械腿和背部托盤可以分離,如果不需要搬運重物,可以將托盤拆下來進壹步減輕重量。
大大提高單兵戰鬥力
據河南尹佳音介紹,研制人體負重外骨骼系統的根本目的是提高單兵戰鬥力。
首先是增強打擊能力。士兵可以攜帶更多更大火力的武器裝備,這是提高單兵作戰能力的核心。因為大多數人能拿起和攜帶的重量是有限的,超重的單兵裝備會壓傷士兵。因此,通過研究其增加力量的功能,HULC使士兵能夠攜帶更多的裝備和物資,從而提高他們的作戰能力。
二是提高防護能力。由於HULC的承載能力遠遠超過人體,因此可以在其上安裝適合單兵的復合裝甲,將單兵防護提高到壹個新的水平。
三是提高機動性。普通人走路的速度是每小時6-10公裏,但是士兵通常要攜帶重型軍需品,很難快速移動。HULC可以前後負重,在水平地面上以4公裏/小時的速度行駛20公裏,最大持續速度11公裏/小時,最大爆發速度16公裏/小時,這將大大提高單兵的機動性。
四是提高戰場感知。HULC可以裝備傳感器系統,增強士兵的戰場態勢感知能力;還可以安裝衛星通信和定位裝置,讓每個士兵成為壹個網絡通信節點,總部可以清楚地知道每個士兵的當前位置。
總之,未來士兵裝備HULC,將成為壹名力量巨大的超級士兵,作戰能力將翻倍。
重大挑戰依然存在。
據河南佳音佳報道,雖然洛克希德·馬丁公司的HULC人體負重外骨骼系統項目已經非常成熟,但是這種外骨骼系統要成為美軍未來單兵裝備系統的壹部分還為時過早。
這主要是因為該系統還存在以下亟待解決的問題。第壹,價格太貴。HULC人體負重外骨骼系統采用了大量不同的先進電子傳感器、便攜高效的中央微電腦處理器、靈活的液壓運動部件和復雜的控制系統。同時,為了減輕系統重量和為用戶提供輕型保護,使用了相對昂貴的鈦材料和鑄造碳纖維裝甲板,大大增加了系統的成本,在經濟上不太實惠。
二是遠程攻擊能力不強。雖然HULC人體負重外骨骼系統可以擺脫線纜的束縛實現完整的功能,但供電問題仍然需要解決。如果要進行長距離機動,就必須用發電機更換電池,而普通發電機是無法勝任的。它必須強大而無聲。
第三,反應速度有待提高。HULC人體負重外骨骼系統必須具備足夠的智能和靈敏度,能夠在作戰行動中的任何條件下與戰鬥人員進行“親密”的同步互動。哪怕只有壹點點滯後,當操作者擡腿行走時,也會感覺像在水中行走壹樣費力,外骨骼只能變成壹個沈重而精致的金屬籠子。
第四,外骨骼設備中存在不安全或無效的動作和行為。只有解決了類似問題,才能避免士兵意外碰撞受傷,才能保證系統動作不超過士兵的體能極限。雖然有些類似的問題可以通過關節限制來解決,但是只有不斷增強傳感器的分辨率,才能避免打噴嚏、肌肉痙攣等無意動作帶來的風險。
其他產品及應用前景
雖然HULC人體負重外骨骼系統具有許多突出的優點,但由於系統及其改進,它只有兩條可控的機械腿。這離完全機械外骨骼系統還有壹段距離,這是五角大樓要求的,由雙機械手和雙機械腿組成。
因此,在2007年夏天,美國國防部高級研究計劃局在洛克希德·馬丁公司中標開始第壹代HULC人體負重外骨骼系統的研發後不久,就開始對新型機械外骨骼系統進行招標,由Sacos高科技研究公司設計的XOS全機械外骨骼系統項目從其他公司的14個類似項目中脫穎而出。中標後不久,SACOS被美國著名國防承包商雷神公司收購。2010年初,雷神公司推出了第壹套XOS 1機械外骨骼系統,並於同年9月成功研發出改進的XOS 2號外骨骼系統,並強調該設備類似於鋼鐵俠系列電影中的鋼鐵盔甲。當時《時代》雜誌評選這款設備為2010年度“最震撼”發明。
XOS與HULC截然不同,幾乎整個人體都包裹在XOS裏。XOS是目前最先進的人體外骨骼,在舉起重物和四肢方面的控制精度優於HULC。XOS 2可以加快單兵的工作速度,延長工作時間,提高工作能力1到2倍。XOS 2可以輕松完成踢足球、打沙袋等靈巧動作,右手的鉤子可以穿透墻壁。目前XOS 2主要有兩種型號:壹種是“戰鬥型”,只包括外骨骼的腿部和腰部配件,類似HULC;另壹種是“物流型”,有完整的數字。
雖然美軍外骨骼裝備的研發主要針對後勤,但考慮到其潛力巨大,不排除未來成為單兵武器平臺的可能性。洛克希德·馬丁公司和雷神公司認為,只要能獲得持續的資金支持,外骨骼設備將在5年內列裝美軍。
不僅美軍對發展這種先進的單兵外骨骼作戰系統非常熱情和重視,俄羅斯、英國、法國、日本等國也在不同程度地發展自己的外骨骼系統技術。中國也非常關註外骨骼系統的發展,並取得了壹些技術突破。2010年5月,清華大學自動化系學生發明的大載荷長續航戶外機械外骨骼在清華大學第28屆“挑戰杯”學生課外學術科研作品大賽中獲得大獎。可以預見,在不久的將來,我國各類機械外骨骼系統將會蓬勃發展。