材制视角 | 机械外骨骼的傲娇现场
《流浪地球》中，有中国救援队CN171-11的外形拉风酷炫、功能强大多样的黑色军用机械外骨骼；《钢铁侠》中有可以控制磁场，发射音波炮的高科技战衣。这些给广大观众留下深刻印象的‘’铠甲‘’，本质上都是机械外骨骼。
外骨骼这一概念源自于动物，区别于人类的内骨骼，外骨骼动物的生理结构为我们提供了将辅助骨架放在人体之外，从而使人类做到正常来说做不到的事情的思路。机械外骨骼原本是科幻小说作者的想象。而现在，在科技高速发展的今天，它不再仅仅出现在幻想之中，而是被一步步研制改进，机械外骨骼的概念依托机械工程领域的基石在现实生活中延续。
除了影视作品中无数次塑造出的外骨骼在军事方面广泛的应用领域之外，在现实世界里，它还有一个更贴近我们生活的用途，那便是作为医疗辅助器械，为残疾人士提供帮助。
2014年巴西世界杯的开幕式上，一名来自巴西的瘫痪年轻人在脑控机械外骨骼的帮助下，踢出了巴西世界杯的第一球，被称为最独特的开球。
这套机械外骨骼由神经科学家Miguel Nicolelis制造，他的工作原理是如下图这样的。
装配32个电极的头盔检测来自大脑的电信号，诸多传感器可以捕捉人的动作和意图，并将其发送给计算机，配合一套控制算法，将大脑信号转化为运动信息，使外骨骼的动作与人体的动作意图一致。
除了头盔和腿部的外骨骼，使用者身后的背包也是大有用途。首先，外骨骼的正常工作需要其中装配的液压系统提供动力，其次，背包中的陀螺仪可以平衡人体与外骨骼的稳定，使人体走的每一步都能稳稳地踩在地面上，而不会使上下半身行动不一致导致人体失去平衡。这几部分相互配合，以此起到辅助行为的作用。
但是，这样的机械外骨骼略显笨重，穿戴也不方便。
为了超越钢铁侠为了让机械外骨骼更大限度地发挥它的作用，帮助更多有需要的人，具有材料创新和结构创新的机械外骨骼出现在我们的视线里。
比如这个
光看图片，是不是就能深深体会到它们的简单轻便！
这就是得到业内认可和钢铁侠的认可的，十分轻量舒服的机械外骨骼。
“你可以想象一个像蜘蛛网一样的东西紧紧的结合你的贴身裤子，”设计和建造这款外骨骼的研究小组负责人、美国哈佛大学维斯研究所机器人学研究学者康纳·沃尔什（Conor Walsh）这样说道。
这套机械外骨骼是对多年技术优化的成果，它打破了人们对机械外骨骼笨重迟钝的印象。
在材料方面，它主要由专门设计的纤维织物组成，不包含任何坚硬的结构。因此，它比坚硬的假肢外骨骼要更轻，其重量只有7.5千克（并不包括驱动人造“肌肉”的 气源），仅仅和一只吃饱了就睡觉的成年胖橘猫一样重。
在结构原理方面，这套服装依赖于人类行走时腿部的运动——它的特色在于在合适的时刻增加额外的动力或者力量，主要通过电缆驱动系统来为佩戴者打辅助，因此，比起辅助者，它更适合被称作增强者。
这就够了吗？不！可与之匹敌的还有一款！
这是一款“神奇”的设备，能像穿短裤一样穿在身上。
在机械外骨骼领域中，这是首个能够同时适用于走路、跑步、上坡下坡等复杂情况装置。
它的总重只有5公斤，且重量的90%以上都靠近身体的重心。其研究者表示，这种集中重量的方法，结合灵活的服装设计，能够最大限度的减少对佩戴者的负担和运动限制，所以，人体真正感受到的重量也许就是抱着一只“少吃多动”的瘦橘猫。
发挥作用的时候，电动马达会通过电缆在腰带和大腿之间施加张力，在髋关节产生一个与臀肌协同工作的外部延伸扭矩，这可以让你感受到有一股神秘的力量在帮助你完成动作。
与前者不同的是，
它不仅可以帮助行走有困难的人，还能够用于正常的运动或娱乐，带给人们不一样的新鲜体验。
根据研究人员在跑步机上的测试表明，穿这个“短裤”和不穿这个“短裤”相比，人在走路时平均代谢率降低了9.3％，跑步时降低了4％。这就意味着分别减少了7.4公斤和5.7公斤的人体重量！可谓真实地让你体验“身轻如燕”的感觉。
从笨重到轻盈，从用于军事到融入生活，直到现在，机械外骨骼还有许多方面亟待提升。
比如：由于技术与材料的成本高，外骨骼的价格还是比较高的。而如何去解决这些难题，需要机械、材料等领域的共同的进步和创新。因此，作为材制学部的学生，我们不一定要盲目追求创造出全新的科研产品，开辟出一个个新天地，或许多学习借鉴已有的创新成果也是一种不错的方式，在提升自己能力的同时发现产品中美中不足的地方并加以完善，承担起优化完善产品的责任，让它们发挥出最大的功用，从而带给人们更真切的便利。
参考：
百度百科----机械外骨骼
公众号----果壳 《踢出世界杯第一球的机械外骨骼，真的有那么神奇么》
《真实世界钢铁侠：穿上机械外骨骼，一起“复仇”一起飞》
撰 稿 人： 科协科创部 白雅茜
责任编辑： 科协科创部 马浩然
执行编辑： 融媒体微网平台 何盈盈
总 编 辑： 李晓萌
