加拿大Mawashi公司推出超轻型被动外骨骼系统

王新蕊+范宇翔+刘钰

各国研制的外骨骼系统通常采用电力驱动，而一旦行动中电力耗尽，外骨骼系统将失去作用，成为士兵的携行负担。但最近，加拿大单兵助力外骨骼系统的研制取得了具有重要意义的新进展，Mawashi公司推出一款UPRISE（ultra-light passive ruggedized integrated soldier exoskeleton）超轻型被动士兵外骨骼系统。其在2017年6月美国佛罗里达州坦帕举行的国防工业协会特种作战部队工业会议上首次披露。该外骨骼系统无需电池，模仿人体负重时的自然构造，通过机械杠杆，将负重转移到合理的位置，减少骨骼肌肉损伤，确保士兵能够执行3～7天的任务。该系统专为特种部队设计，目前正在接受作战训练环境下的战场测试。

被动外骨骼概念的提出

助力外骨骼就是模仿生物外骨骼，根据人体结构特点设计的外置动力机械装置，其与肌肉骨骼系统相互作用，可赋予人体支撑、保护、运动以及环境感知等功能，提高人的承载能力、行进速度和越障能力。

目前，绝大多数外骨骼系统都依靠电力提供动力辅助。然而对电力的依赖也使外骨骼应用受到限制。现有的电池技术无法持久地为外骨骼提供能量，电力很有可能在任务中途就耗尽，严重影响外骨骼在战场上的持续使用。因此美国率先提出了“被动外骨骼”这一概念，即无需外部能源，依靠自身特定的机制和结构承担负重。随后，洛克希德·马丁公司便推出了无动力FORTIS外骨骼，但其适用范围仅限于帮助海军造船厂搬运笨重工具，如研磨机、铆钉机等，无法实现随军作战的目标。

UPRISE被动外骨骼问世

UPRISE战术外骨骼的研发具有重要的意义，它无需外部能源，运用生物力学和人体运动负重管理，通过机械杠杆，将士兵负重转移到身体上的合理位置，能够协助士兵在战场上负载重达120磅（54.4kg）的装备，对士兵运动的干涉度低于1%。该系统包括：脊柱架构，安装在人体背部；腰部滑带，使躯干可以自由旋转；仿人腿支架，具有髋关节、膝关节和踝关节伸展功能，能跟随人体运动，支架末端能与鞋底集成，将负重转移到地面；支撑头盔的阿特拉斯系统。

该系统具有以下特点：

基于人体体重分配理念，有效分配负重

从2005年开始，Mawashi公司的工程师就在投入研究人体承重的极限，尤其是对于相扑选手，研究其负担体重的方法以及体重分配的方式。经过研究，工程师发现，人体的构造非常合理，如果能合理地分配负重，人体可以携带180kg的重物。UPRISE被动外骨骼系统通过模拟人体负重时的自然构造，将负重的支撑点转移到腿部内侧，能够保持平衡并承担较大的负重。

设计合理，负重转移效率较高

该外骨骼采用高强度钛制成的结构设计，由灵活的脊柱、滑带和支架等构件组成，滑带可以使躯干自由转动，腿部支架人机工效性好，其末端与鞋垫相似，能与穿戴者的鞋底集成，在没有动力源的情况下更均匀地平衡重量，能將肩膀上50%～80%的负重转移到地面。另外外骨骼上设计了缓冲垫，穿戴较为舒适，并且腿部的几个位置装有旋钮，通过调节旋钮，能够适应不同身高的人穿戴。

结构简单，能与其他装备兼容使用

这套外骨骼系统体积较小，结构简单，可以与防弹衣以及背包等其他装备组合使用。此外，在展示中，外骨骼的滑带上还能够附加枪套等各种装备；未来计划加装手臂外骨骼等附件。

编辑/刘兰芳