我們何時才能駕駛機甲？漫畫場景變現實挑戰巨大

MegaBots模擬了人類的外形，但移動時依靠的是輪子而非雙腳

Kuratas機器人的輪子解決了設計和製造人工四肢時的一些問題

新浪科技訊 北京時間6月15日消息，據國外媒體報道，你是否幻想過自己穿上機器人裝甲參與戰鬥，或者就是提起各種重物？這種漫畫場景要成為現實，還面臨著巨大的挑戰。

幾十年來，當我們想像未來的戰爭場面時，總會想到巨大的、載人的機器裝甲。這些龐然大物——又被稱為「機甲」——已經成為未來戰爭的某種象徵。有人操作的機甲首先出現於日本動漫，但很快就通過電視劇集《太空堡壘》（Robotech）傳遍英國。好萊塢電影如《異形》、《阿凡達》和《環太平洋》等，也都出現了機甲的形象。

那麼，這些機甲設計的可行性如何？我們能否見證人類有朝一日駕駛一台移動的大型機器人呢？Harebrained Schemes公司的喬丹·韋斯曼在20世紀80年代推出了機甲主題的《戰鬥科技》遊戲（BattleTech，又被譯為「暴戰機甲兵」）。與此前的機甲例子不同，他在第一次構思自己的「戰鬥機甲」時，採用了相對有根據的方法。在喬丹·韋斯曼的設想中，機甲主要由一個鋼鐵框架構成，周圍環繞著充電的人工肌肉，可以移動各個關節，此外還配備有陀螺儀和機上發電裝置。

這種機甲背後的概念聽起來十分合理。韋斯曼所想像的人工肌肉很像電活性聚合物。「這些電子束狀物根據接受到的電力情況，將會伸展或收縮，成為我們機甲上的肌肉，」韋斯曼說，「經過了這快速發展的30年，同樣的材料已經被用在假肢的開發上。」

人形設計之所以如此有吸引力，原因之一是它非常符合人體工程學。「人類的解剖學特徵在攀爬岩石或道路行走時非常高效，」 卡勒姆科學中心「挑戰環境的遠程應用」項目主管羅布·白金漢解釋稱，「一個士兵能夠攜帶數倍於自己體重的東西穿越任何地形。」然而，用兩條腿走路需要高度的敏捷性，穩定性很難控制。

此外，要如何控制一個至少3米高的物體呢？愛丁堡機器人中心的Sethu Vijayakumar教授提出，可以將遠程操作（類似電影《異形》中出現得「自動裝卸機」）與能夠對操作者意圖做出反應的自動系統相結合。「會有來自操作者的高級意圖，但許多低級控制將內置於平台上，比如在行走時維持穩定性，」Sethu說道。

事實上，相比讓機甲自主思考，由人來駕駛的可能性要高得多。「這是一項非常可行的技術，」 Sethu說，「比一個完全自主的系統更加可行，因為完全自主的系統在感知和隨機應變時會遇到許多問題。」不過，任何遠程控制系統都需要一個能夠抵禦黑客攻擊和斷線的通訊平台，並且能進行每秒50萬次的操作運算。

機甲的能量來源也是一個問題。韋斯曼設想的「戰鬥科技」機甲是通過一個聚變反應堆供能的，但考慮到目前一個聚變反應堆的大小就相當於一間倉庫，這種方法還很不現實。電影《環太平洋》中，機甲用的是傳統的核裂變反應堆，儘管可以提供很高的能量輸出，但在安全性上令人擔憂。「電池和能量密度在技術上還落後於理論上的可能性，」Sethu說，「目前出現了燃料電池的研究，但就應用而言還處在相當初期的階段。」

德國的超重型坦克「八號坦克鼠式」在履帶分擔重量上存在問題

移動機甲或許是科幻作者們喜歡的題材，但在現實生活中很難實現

為駕駛員提供情境感知信息是另一個問題。「我們已經在實時控制——比如穩定性——上取得了進展，」 Sethu教授說，「問題在於儘管我們知道怎麼做，但當你在真實世界中使用時，感測器出現任何微小的偏差都會使控制系統停擺。」

觸覺反饋——你在使用遊戲操縱桿時用到的——在確定是否觸碰到物體時非常有用。然而，如果為駕駛者提供額外的感知信息，如機甲所感受到的內容，有可能會造成駕駛者承載過重的負擔。

當你建造的東西越來越大時，它也自然而然地變得越來越重。施加到物體表面的力量會由接觸面積分擔。當你製造出一個雙足的機甲系統時，它的大部分重量會集中在兩條腿上。這會導致「高跟效應」，即所有的重量集中於很小的面積上。「當一位女士將所有體重放到高跟鞋的細跟上時，鞋跟會穿透很多東西，」韋斯曼說道。

第二次世界大戰時，德國人在開發超重型坦克的過程中也遇到了類似的問題。八號坦克鼠式的重量達到188噸，一開始在加固混凝土建築中它的操作一切正常，但在第一次野外測試時，它就陷入了泥土之中。

另一個問題是讓機甲走起來。陀螺穩定器已經被用來保持機器（比如游輪）的平衡。然而，行走是一個相當不穩定的過程。人們走路時是先傾斜向前，然後再用腳步追上，因此當你造的機甲越高，它就越難以保持平衡。

無論是日本水道橋重工開發的「Kuratas」，還是MegaBots公司開發的「Mark 2」，都宣稱自己是機甲。儘管它們都模擬了人形，但都沒有採用雙足運動的方式，而是使用了輪子。模擬人形雖然在負載和能量分配上具有優勢，但從工程角度卻很難做到。

為每個關節裝上發動機或許是解決之道，而為了支撐身體其他部分，還需要更多的發動機。這些發動機重量都不輕，意味著壓在關節上的重量又增加了，使機甲更加難以保持平衡。已經有人對「氣動肌肉」展開研究，但這一方法也有問題。「你可以用這些氣動肌肉打造多達5個關節，」Sethu說，「但當你試圖從中建立一個雙足系統時，它會在電子學、排線和接線等問題上失去控制。」

人類其實已經開始了機甲的生產——ActiveLink公司推出了「Assist Suit AWN-03」可穿戴機甲原型機。這個機器人是為了解決人口老齡化造成的勞動力短缺問題而誕生的。起吊機和鏟車並不能應用於任何情況，「有些特殊領域還不能機械化，產業工人依然需要自己搬動重物，」 ActiveLink公司主席Hiromichi Fujimoto說道。

接下來，ActiveLink公司將進一步減輕「Assist Suit」的重量，降低生產成本，並開發出能從事更繁重工作的模型機。有朝一日，我們或許能穿上「外骨骼」來搬運貨物，甚至是沉重的建築材料。不過，巨塔一般的機甲在未來城市中穿行依然太過驚人。「它們是奇妙的幻想，但作為實用的軍事工具，你最不想要的便是高度，」韋斯曼說道。

「從某種角度上，我們已經擁有了這一技術，」Sethu說，「我們將迎來人形機甲，但只有在找到應用領域的時候。只有科幻小說家才會在意它是否有雙腿和雙手。」

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