(評價)超厲害工業設計 巨匠電腦分享機甲之夢

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超厲害工業設計 巨匠電腦分享機甲之夢
最近大熱的電影《環太平洋》,不僅喚醒了人們對於機器人打怪獸的童年記憶,其中數款巨型機甲的精心塑造和特效場面更是又一次讓我們領略了震​​撼感。

其實,從經典的《鋼鐵俠》三部曲,或早期的《特種部隊》,亦或是今天的環太平洋⋯⋯機甲動力裝備,意念操控系統,加上特效科技,一直是票房和市場的強力打包配置,在遊戲、影視、科技界從來都擁有著橫掃一片的魅力。

如果你是資深機甲迷,可能下面的內容對你來說太小兒科。不過,如果是和小編一樣的門外漢,卻又對這些玩意兒充滿熱愛,也許你也很想知道,這些帥氣的東西究竟是什麼,它們和機器人有什麼區別?它們有可能走入生活嗎?

起源:機甲文化源自日本從無線操縱到真人駕駛

機甲類作品起源於日本,最早還要追溯到上世紀50年代。1958年,漫畫大師橫山光輝的漫畫《鐵人28號》,講述了一個少年利用無線遙控器操縱一個巨大的「機器人」守護世界和平的故事。

這是歷史上第一部人形機甲的作品,後來也被拍成動畫片和真人電影。作品中少年的遙控器一度丟失,而28號也變成了不會動的雕像。機甲沒有「人格」的設定,也成了後來所有機甲作品一貫強調的特性。

如今的機甲電影雖大都由美國拍攝,但好萊塢導演從來都不忘要在影片中向起源於日本的機甲文化致敬。還記得去年上映的那部休·傑克曼主演的《鐵甲鋼拳》嗎?電影中休·傑克曼用「賣兒子」的錢換來的那台典藏級機甲「吵鬧小子」就是來自日本,連身上都寫著「超惡男子」的中文,而片中的機甲戰士爭霸賽,也採用的是早期日本機甲漫畫中的無線電遙控方式來進行操縱的。

到了1972年,永井豪的《鐵甲萬能俠》為機甲類作品帶來了歷史性的革新。這套作品一改之前人類用遙控器操縱機甲的設定,讓駕駛員坐進了「機器人」的頭部。這種機甲與駕駛員一心同體化這個嶄新的構想轟動日本,可以說《鐵甲萬能俠》是機甲類作品真正的鼻祖,後世包括《福音戰士》、《高達》等無不採用這種設定。

機甲≠機器人

2010年10月,美國伯克利一家仿生技術公司近日研製出一種由電池提供動力的外骨骼系統,這種外骨骼系統可以幫助截癱患者擺脫輪椅,自由行走。這是一套金屬骨架,可以捆裝在身上,看起來就像是矯正用的支架。不過它和矯正支架之間的不同主要有兩點:其一,它帶有動力裝置;第二,它比矯正支架貴得多。

但是,這套裝備只是能夠提供一些很基礎的功能,它不能讓穿上這套裝備的人跳得更高、反應更快,只是讓他們能夠背負更多的東西,而不會感到過於疲憊而已。它可以讓人負重九十公斤,並且可以達到每小時十六公里的突擊速度——它的功率是二百五十瓦,在六十伏電壓下工作。

不過,即使這樣,這種產品也已經可以算得上是令人矚目。畢竟,在動力外骨骼(Powered Exoskeleton)這個研究領域裡,目前還沒有誰,走得比它更遠。

動力外骨骼——可穿戴的動力裝置

動力外骨骼是指那些自帶動力的、可穿戴的機械設備,它可以讓步兵變成裝甲戰車,或者讓截肢的人或者老人重新生龍活虎。簡單來說:動力外骨骼是一種可以穿戴的動力裝置,當然,還不至於真的和鋼鐵俠​​或者高達那樣誇張。

這種裝置有著相當廣泛的用途:幫助那些沒有足夠體力的人們完成他們的工作。一些體力勞動者,殘障人士,或者小孩,老人都可以通過這種工具獲益。至於軍事上的用途,更是顯而易見。

2010年8月,一家叫做“Cyber​​dyne”的公司推出了一種名為HAL的動力外骨骼,其全稱叫作Hybrid Assistive Limb,可以翻譯成「人體輔助義肢」。這種塗裝成白色、看起來像是微縮型高達的裝置是由日本筑波大學的研究者三階吉行和他的同事們開發出來的,如今,HAL已經應用於醫療領域,幫助殘障者行動、幫助傷患復健,以及為護士們助力。


不過這套裝備的價格可不便宜——租金在每月一千美元以上。而且,近期降價的可能性也不算大,畢竟這是一套相當複雜的系統,從某種意義上來說,也許比單純的機器人還要復雜一些。

意念操控的行動裝置

正如我們在《環太平洋》、《鋼鐵俠》等電影場景中所看到的那樣,動力外骨骼和機器人的區別在於,機器人通過預先編寫好的程序來控制行動,而動力外骨骼需要隨時獲取穿戴者的意圖,再根據這些意圖提供幫助。它就像自行車,當你踩下去的時候,輪子才會轉。

不過,最大的問題也就在這裡。怎樣讓動力外骨骼在最合適的時間,給予最恰如其分的幫助,而不會過分地滯後和延遲,也不會輸出過於強大的能量——這些是動力外骨骼研發中面對的最主要的問題。也正是出於這些原因,當人形雙足行走機器人已經能夠繞著操場跑圈的時候,動力外骨骼還沒有真正成型的產品。

研究者們的解決思路是這樣的:通過傳感器來感知使用者的活動信息,將這些活動信息反饋給一台計算機,然後計算機通過計算得出最優方案,再啟動相應的機械部件輸出能量。這一套流程聽起來有點複雜。

動力外骨骼通過傳感器來收集使用者的活動信息,這些信息傳遞給信息處理器進行處理,然後啟動相應的機械部件來輸出能量。在動力外骨骼中可以使用的傳感器種類很多,包括角辨向器、肌電傳感器、地面傳感器、肌肉壓力傳感器等等。同樣,用於輸出的機械系統也有很多選擇,目前液壓系統和氣壓系統是比較常見的。

在某些意義上,動力外骨骼可能比機器人更複雜。動力外骨骼需要在極短的時間內判斷出使用者的動作意圖,並且給予恰如其分的幫助。現在最成熟的軍用動力外骨骼採用肌肉壓力傳感器來收集用戶動作。當人彎曲手肘時,上臂的肌肉纖維組織會緊靠在一起,從而牽動肌鍵運動,直觀表現就是肌肉隆起。

在動力外骨骼與皮膚接觸的肌肉壓力傳感器收集肌肉收緊的強度和方向,從而感應到操縱者的動作意圖。它會把收集得到的數據資料傳達給信息處理器——這是一個安裝在背部的「背包」,可以看成一台電腦——信息處理器計算如何移動外骨骼讓使用者用力最小,然後再把指令傳遞到相關的關節,通過關節內部的液壓機構傳動裝置產生精確的力量,從而做到與人的動作同步。

當然,並不是完全同步,必然會有一點點時滯。但是,時滯會控制在人無法察覺的程度之內。現在的動力外骨骼可以以每秒鐘數千次的頻率調整全身的關節,讓使用者幾乎察覺不到它的存在。這讓使用者相當於擁有了另一個更有力的身體。

何時才能走入生活?

對動力外骨骼的研究由來已久。早在1960年,通用電氣公司就開始了機械外骨骼的研究,但是當時他們開發的設備只有一隻手。麻省理工學院也早從1978年就開始了研究,但是一直沒有可以推向市場的產品。和民用產品相比,在預算相對寬鬆的軍用領域,動力外骨骼發展得比較快一些。

以下這幾個就是目前相對較為成熟已應用於小部分領域的動力外骨骼裝置:

HULC

製造公司:Lockheed Martin
動力:4節鋰電池,支持48小時

Lockheed Martin公司推出一種可大幅度增加士兵負重能力的金屬骨架。這種新型裝備的全稱為「人類負重外骨骼」(簡稱HULC),是一種能夠通過提供外力來滿足士兵對機動性和支撐性需要的機器人技術裝備。

據說傳說HUCL 的人能夠輕而易舉的抬起75kg的重物。該盔甲由Lockheed Martin 公司設計開發,主要用戶提高士兵作戰能力。

HUCL沒有操縱按鈕,只要套在身上,它便能夠感應你的動作作出反應。它使用電池供能,可供時速3英里(4800米)連續行走3小時。超靈活的設計不但不會給人增加麻煩,反而能幫助你更輕鬆的適應各種地形。

HAL-5

製造者:日本筑波大學
動力:腰部裝上100伏電池包

日本公司Cyberdyne準備開始限量生產的Hybrid Assistive Limb。據說這能夠讓人增加10倍的力量。

* HAL起初是為殘疾人士設計的輔助設備,這個東西大家可能看過,07年時它就出現在了各大科技展區上。現在只是真的要開始生產了Cyberdyne準備開始生產400套這種服裝,每套售價在4200美元左右。充電一次能夠使用約5小時,它的機械骨骼能夠偵測人體肌肉發出的’信號’,從而與你的動作同步,為你「加強體育鍛煉,提高身體素質」。

Trojan T Series

製作者:Troy Hurtubise
動力:頭盔上的太陽能電池組

Trojan T Series 的設計靈感來自電子遊戲Halo 裡的戰士服裝。比起上面兩個真正的高科技來說,這個東東只能算是玩具。它頭部有太陽能電池,頭盔上還有小收音機,與冷氣。除此之外,可能還有一些防護功能。之後就只能作為cosplay 的玩具。

XOS

製作者:Sarcos/Raytheon
動力:電纜

輔助動力裝置能讓使用者輕鬆舉起200磅以上的重物。唯一的缺點是需要連接電纜。作者的意圖是將XOS 用於一些特殊場合(例如建築工地)幫助人們更好的處理事情。

安裝在前臂的控制器,幾個按鈕各有功能,一個讓士兵緊急卸下盔甲,「金蟬脫殼」,另一個按鈕可令鐵甲產生一股能量,使士兵爆發出突如其來的衝勁;還有一個按鈕可將鐵甲設定為長途步行狀態,調整出最省力的步速。

Lifesuit (Prototype 14)

製作者:Monty Reed
動力:液壓空氣,能讓這個東西每小時行走2.5英里

製作者Monty Reed曾在當兵時跳傘背部受傷,讓他行走困難。所以他發明了這個東東,能夠幫助他更好的行走。使用空氣液壓系統,即便是有點殘疾的Monty也能行走自如,以及舉起200磅重物。

Lifesuit (Prototype 14)主要是用來代替輪椅,作者希望它能夠幫助更多的殘疾朋友獲得更多可發揮的空間。而不僅僅局限於輪椅。這東西也能幫助一些病患做恢復訓練。

顯然,民用市場要比軍用市場大得多,特別是在呼籲和平與發展的今天。

可以說,現在動力外骨骼的技術已經較為成熟了,可以預見到價格的下降。如果不太苛求它的電池續航能力的話,也許近五年之內,我們就可以在市場上購買到這類產品——如果要達到、《鋼鐵俠》的水準,則要更長的時間。

機甲之夢無限可能

當然,鋼鐵俠,特種部隊等一系列大片之所以讓人著迷,主要在於,電影中所呈現的外動力骨骼裝備不僅僅是助力系統,還有著非常令人著迷的控制方式。他們都可以用意念控制裝甲系統。

這種控制方式一直是人們夢寐以求的,但是很遺憾,直到現在,人類對自己大腦的理解還依然相當淺薄,還沒有辦法直接「讀出」大腦的想法。雖然有些研究人員通過腦電圖、腦部核磁共振甚至在腦內嵌入芯片的方式,實現了簡單的通過意識控制機械的功能,但是真正可以實現意識控制,還只能是遙遠的科幻。

雖然如此,也不會降低動力外骨骼潛在的種種可能。加裝頭盔式顯示器,它可能會變成虛擬現實遊戲機;加上無線上網模塊,就可以變成一台移動上網設備;提高速度,可能會成為大眾化個人交通工具;安裝特定的軟件,甚至可能讓它變成健身器材。

無論如何,動力外骨骼是一套專屬的、個性化很強的機電系統,也是一台穿戴式的計算機。這就讓它擁有了近乎無限的可能性,讓它也可能成為和人類最親近的科技產品——就像今天的手機一樣。

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文章與圖片出處: http://www.mydesy.com/being-a-iron-man

 

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— 2015-08-27