在美国科幻电影《钢铁侠》中，普通人托尼·斯塔克穿上盔甲，就获得“超能力”，可上天入地，无坚不摧。他的盔甲，其实是一套机械外骨骼。

    “外骨骼”原本是指小型动物体表的硬壳，是动物的自我保护工具。

    科幻作品中的机械外骨骼

    1937年，外骨骼被美国科幻作家爱德华·艾尔玛·史密斯借用，引申为“动力外骨骼”，在科幻小说《透镜人》中用于描写一种由人亲手操作的大型机械装甲。

    机械外骨骼这一科幻设定被人们熟知，始于美国科幻大师罗伯特·海因莱因1959年的作品《星船伞兵》（后被改编为电影《星河战队》）。作品中，外骨骼变成了可以穿在身上的“动力战斗服”，穿上后，机动步兵能够轻易撞穿一堵水泥墙，能在战场上快速转移。《星船伞兵》也被科幻界称为“外骨骼机甲开山之作”。

    自此，各种酷炫的机械外骨骼便出现在越来越多的科幻作品中。随着美国科幻大片《明日边缘》的上映，“机械外骨骼”更加流行。电影里的主人公和一众士兵穿上机械外骨骼后，瞬间变身超级战士。在《钢铁侠》《复仇者联盟》系列电影中，酷炫机甲一代更比一代强。

    在科幻电影《流浪地球》系列中，机械外骨骼是救援队员在末日环境下赖以生存的核心装备——它不仅能将人的力量放大数十倍，让队员轻松拖拽极为沉重的“火石”，还能攀爬数百米高的垂直电梯井、徒手嵌入金属墙面。

    可穿戴在人体表面的人工智能

    现实中的机械外骨骼不同于科幻作品里的“铁甲洪流”，更多的是穿戴在人体表面的人工智能。它们依靠驱动器、传感器、控制系统等和人体“联动”，智能感知判断人的肢体活动意图，平稳驱动（机械）关节重现动作，增强人体的体力、防护能力和对复杂环境的适应能力。

    对体力工人来说，它是“超级外挂”。比如工人搬运重物时，实际上是机械臂在做功，人的手臂只需要用很小的力气。对士兵来说，机械外骨骼是“负重神器”，能将装备的重量传导到地面，减轻行进时的体力消耗。

    现阶段，机械外骨骼的应用主要集中在医疗康复领域。对于因中风或脊髓损伤导致下肢瘫痪的患者，机械外骨骼帮助他们康复训练，从而恢复肌肉力量和神经功能。

    机械外骨骼面临的难题

    从理论到实践，机械外骨骼还面临着深刻和复杂的难题。

    首先，现有的机械外骨骼大都具有刚性框架，质量和体积庞大，难以适应不同个体的身体参数，长时间穿戴会造成不适。

    其次，理想的机械外骨骼应当能够与人体运动无缝对接，例如在快速行走、跑步或跳跃时，能够即时调整助力大小实现“按需输出”。但受限于传感手段和具身模型的泛化性能，目前的机械外骨骼尚无法满足复杂任务的精准理解需求。

    此外，续航时长和电池能量，也是限制机械外骨骼普及的瓶颈之一。

    当然，技术进步正推动着机械外骨骼发展。当上述难题一一被攻克，并且随着制造成本的降低，机械外骨骼会渐渐走进日常生活，成为老年人等群体的重要辅助设备。

    （本文摘编自《触手可及的未来科技》一书，经山东科学技术出版社及本文作者授权。作者系中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所高级工程师）