5月30日，俄罗斯塞瓦斯托波尔的特种警察部队“金雕”（就是被乌克兰解散的乌克兰“金雕”特种部队，后加入俄罗斯内务部、俄罗斯国民警卫队）的队员们测试了新下发的外骨骼；26日，美国媒体也爆料称美国“战术突袭轻型操作套装”（ Tactical Assault Light Operator Suit，TALOS）也将于明年交付美军使用。一时间，美俄两个军事强国似乎都要进入“外骨骼时代”。作为传统陆军大国的中国自然也不会无动于衷，从2015年7月首次亮相以来，短短数年我国单兵外骨骼系统已经发展出了两代。单兵外骨骼对我军有何意义？中国未来是否应该大量装备单兵外骨骼？本期出鞘我们就来谈谈单兵外骨骼这些事。
国内军迷了解“单兵外骨骼”最早可能还是在电子游戏与影视作品中。2008年，美国漫威出品了《钢铁侠》系列电影的第一部。剧中主人公托尼·斯塔克利用原始、简陋的设备，在武装分子的简易工房里制造为自己制造出了自己的第一代战斗外骨骼。最后斯塔克穿着这套外骨骼从武装分子的秘密基地中逃出生天也是这部剧的第一个高潮。当然，《钢铁侠》中的单兵外骨骼毕竟只是这部英雄主义作品的幻想产物，同我们今天要说的实战用单兵外骨骼还是有不少区别的。
相比之下，阿汤哥在2014年出演的战争题材科幻电影《明日边缘》中出现的人类抵抗军的单兵外骨骼就更加贴近现实中“武器”级的单兵外骨骼。这套制式单兵外骨骼中集成了1挺班用机枪、3管榴弹发射器甚至还可以选配金属风暴武器系统、单兵反坦克导弹、脉冲武器等外挂附件。同时，《明日边缘》中的单兵外骨骼也继承了现实中单兵外骨骼尚未克服的缺陷——虽然极大地提升了步兵的负重能力，却也同时限制了步兵的灵活性，除了少数“精英级”战士以外，无论是阿汤哥这样的“新兵”还是班里的其他“老油条”都无法灵活的操纵这套系统。
此外，如《孤岛危机》里的“纳米生化装”、《使命召唤：搞基（哦不，是高级）战争》中的EXO单兵外骨骼等游戏中出现的单兵外骨骼，则都更加强调外骨骼的“多用途”特性。如“纳米生化装”可以在力量模式、隐身模式、速度模式、装甲模式之间随意切换。而EXO单兵外骨骼则本身就可以分为强调不同特性的3个型号。虽然整体仍然是科幻背景下的想象产物，不过《使命召唤：高级战争》已经充分的考虑到了外骨骼的本质：这是一款是以现实需求为导引，为了实现其任务需求而设计出来的装备。而非无所不能的英雄主义道具。
目前对于单兵外骨骼的发展主要集中于美俄中法加五国，其设计目标也很明确：提升单兵的负重能力、辅助士兵完成对某些武器或装备的操作、辅助士兵完成某些人力所不能及的动作——这些可以极大地提升单兵的作战能力。从技术上来讲，目前的单兵外骨骼主要分成两种：无动力的外骨骼以及动力外骨骼。其中前者无论是在设计、生产的难度上，还是在其采购成本上都要远远小于后者。当然，其相比于后者的缺点也是显而易见的——其作用仅仅是一个“便携式货架”。
本次俄罗斯“金雕”特种部队接装测试的K-2（虽然名字有一股泡菜味，不过是实实在在的斯拉夫物件）型单兵外骨骼就是一种无动力的刚性外骨骼。K-2单兵外骨骼结构极为简单，基本构成为一个可以配合腰部、脊椎等部位，随身体有限活动的背负组件和两个绑缚在腿部，可以配合膝盖、脚踝单轴活动的支撑组件构成。在使用时，背负组件所承受的重力中的多半将经过支撑结构直接传至地面。这可以在一定程度上减轻负重士兵的负担。
K-2单兵外骨骼系统全重仅2公斤，而负重上限却可以达到50公斤。由于结构部件较为简单，其可靠性较好、也可以不经调试适应大部分人的身体特征。不过也同样是因为结构太过简单，其行动自由性也比较受限。在此前俄罗斯方面公布的视频中，虽然我们看到讲解员小哥在极力的证明，穿上这套外骨骼后活动有多么轻便，但他还是没能成功掩饰这套骨骼的所有关节都只能一维活动的事实。
不太灵便的设计也导致这套单兵外骨骼只能用来执行一些“慢工细活”，而不能用于高强度的战斗任务。但无论如何，K-2也是目前已知唯一参加过实战的外骨骼系统——去年，穿戴K-2单兵外骨骼的俄罗斯工兵参与了在叙利亚境内的排雷行动。认识到了K-2的缺陷后，俄罗斯也开始着手研制更加精密的单兵动力外骨骼系统。2017年6月，俄罗斯精密机械制造中心研究所展出了一款“未来单兵战斗服”，除了尚未说明其全部功能的数字化头盔以外，战斗服的主体部分便是俄罗斯下一代的单兵动力外骨骼系统。
与俄罗斯的K-2单兵外骨骼类似，加拿大的MAWASHI公司推出了一款名为UPRISE（Ultralight Passive Ruggedized Integrated Soldier Exoskeleton，超轻型被动综合单兵外骨骼）的无动力单兵外骨骼系统。相比于K-2这种外骨骼系统更加强调仿生学，其背负系统仿照人类的脊椎骨设计，支撑组件则可以支持脚踝的多维运动。同时UPRISE还加入了腰部滑动组件以增强整个系统的灵活性。从其公司的宣传片中可以看出，UPRISE系统已经可以满足士兵的大部分战术动作需要，已经是一款较为成熟的外骨骼系统。
说到单兵外骨骼，就不可能不提到在这个领域的发展上遥遥领先的美国人。2013年，由美国特种作战司令部牵头提出了TALOS单兵套装的构想。而动力外骨骼正是这一套装的核心组件之一。为了在一年内开发出拥有“第一代能力”的动力外骨骼系统，56家公司、16个政府机构、13所大学和10个国家实验室被动员起来通力合作。美国人本来期望能够在2014年6月之前交付3套TALOS系统，不过最终直到2015年，美国人才完成了第一个TALOS系统原型机。这也突出体现了动力外骨骼系统研制的艰辛。
早在TALOS的概念之前，美国的防务公司已经开始在自行研制单兵外骨骼系统了。这其中比较著名的就是洛克希德马丁公司的HULC（Human Universal Load Carrier，人类通用载重载具）系统。HULC系统在2008年由伯克利仿生学公司提出并研发。嗅到了商机的洛克希德马丁公司在次年与伯克利仿生学达成协议购买了HULC的知识产权并开始了自主研发。与K-2、UPRISE等外骨骼不同，HULC除了能够协助士兵负重以外，还增加了搬运重物（弹药箱、重炮炮弹等）的功能。
2010年，美国陆军纳蒂克士兵中心与洛克希德马丁签订了价值110万美元的合同，用于测试、评估并完善HULC系统。由于关节的设计更加灵活，同时采用了数字化的控制系统。HULC将可以最大程度的支持士兵的动作：如深蹲、卧倒、爬行和跳跃。该系统的燃料电池可以支持士兵以4公里的时速行进20公里的距离。同时HULC能够支持士兵在90公斤的负重下以11公里的时速长时间奔跑、短时间爆发速度可以达到16公里/小时。在电力耗尽后，士兵还可以在30秒内脱下外骨骼以免被其拖累。
此外，曾经有美国民间枪支爱好者自行发明了一种能够协助握持、稳定枪支的机械臂。该发明立刻获得了美军的重视。美国陆军研究实验室随即开始研发自己的辅助机械臂。后来，美国陆军研究实验室开发的这款机械臂被命名为“第三臂”。目前，第三臂的原理还仅仅是将枪支的部分重量通过机械连接传递至射手的腰部，并不能起到为射手“减负”的作用，目前测试过的最重的武器也不过是长身管的SCAR-H步枪（黑胡子福音）。不过未来如果能够配合如HULC等负重外骨骼的使用，第三臂或许能够将单兵武器的重量上限提升一个档次。
中国的单兵外骨骼发展虽然还没有达到美国这样的高度，但也已经是世界上为数不多正在开发多款军用单兵外骨骼系统的国家。至目前为止，已知的中国拥有两款单兵外骨骼系统、多款未言明军用的负重型外骨骼系统在研，这些外骨骼系统全部为动力外骨骼。中国首款曝光的单兵外骨骼为某军工集团某研究所研发的动力外骨骼系统（以下简称第一代）。第一代动力外骨骼系统同美国HULC系统一样，不仅可以实现负重运输，同时也拥有负重搬运的功能。
第一代动力外骨骼系统形制上也与HULC系统十分相似。均采用了腿部外侧杆式结构承重的结构。相比于K-2与UPRISE的腿面承重结构，这样的结构更加有利于腿部的灵活运动。当然，腿外承重结构的缺点也是显而易见的——这种结构并不利于重力的刚性传递。也正是基于这个原因，只有能够以自身动力辅助平衡的动力外骨骼才会采用这一结构。在2015年的军民融合技术装备博览会上，官方公布了第一代动力外骨骼的基本参数：背负负重35公斤，搬运负重50公斤，35公斤负重下以4.5公里的时速运行20公里。可以发现，这一性能指标距HULC还有相当不小的差距，不过从解决“有无”的角度上来看已经算是比较成功了。
今年1月份，某造船集团下属某研究所官方也曝光了一款动力外骨骼系统（以下简称第二代）。1月10日该研究所官方微信号发布消息，该所外骨骼机器人项目顺利通过有关方面组织的现场验收考核。第二代动力外骨骼具有创新性设计，突破了结构设计与装配、多传感器信息采集与处理、人体动作意图捕获与识别、微小液压系统设计与控制、人机控制系统等一系列关键技术，具备了基本行走能力，达到国内先进水平。最值得称道的是第二代动力外骨骼系统全重（含电池）仅6.5公斤，相比于结构与之类似的HULC系统的24公斤（不含电池）实在是在减重上做足了工夫。
除了这两款由军工研究所研制的动力外骨骼系统，此前中科院旗下的两个研究所，解放军某医院还曝出过三款负重型动力外骨骼。从外观上看，早在2005年开始研制的中科院某研究所外骨骼系统原理样机，与解放军某医院的动力外骨骼系统还都极为原始。前者极为简陋，而后者则更像一个“移动货架”。此后曝光的中科院某研究所EXOP-1型虽然相比于前两者有了极大的进步，不过对比上文提到的第一代、第二代单兵动力外骨骼系统还是显得太过臃肿。相比之下，这三款动力外骨骼系统更像是技术储备而非产品。
同中美俄相比，法国的单兵动力外骨骼则显得更加原始。2009年，法国开始研制其军民两用动力外骨骼系统“海克力士”（即希腊神话中的赫拉克勒斯），至今已经发展了4代。2016年的欧洲国际防务展上法国人展出了这一装备。当时法国人公布的“海克力士v3”性能是“海克力士”自重17公斤，举重上限为60公斤，可持续运行3-6小时。不过直到“海克力士v4”法国人依旧没有解决其灵活性问题，在最新的宣传片中，穿戴“海克力士v4”的测试者运动起来仍像在月球漫步。
动力外骨骼系统的发展还不仅仅集中在军事领域。目前，民用动力外骨骼的研究重点集中于医疗领域，多用于行动不便的病人的康复治疗。在医用动力外骨骼的发展上，日本、韩国及我国台湾地区都有了一定的技术积累。这其中最著名的还是日本的HAL（混合辅助肢体）动力外骨骼。目前HAL是世界上唯一一款可以藉由探测人脑发出运动指令的电波运动，而不依赖人体自身运动的动力外骨骼。这意味着今后人类将可以实现自维多利亚时代以来的梦想——蒸汽朋克！当然，更重要的是HAL甚至可能可以帮助残疾人重新获得部分肢体能力——这可以改变成千上万伤残老兵的命运（这，是人类的，圣经！）。
目前无论是军用动力外骨骼还是民用动力外骨骼都还出于发展的早期阶段。其用途还较为单一。不过可以预见的是，动力外骨骼在未来拥有极为广阔的发展前景。尤其对于我国来说，我国未来需要面对几种特殊的战场环境：高原（印度）、山地（东南亚）、海滩（台湾）、城市（台湾）以及密林（东南亚）。在高原，空气中氧气含量仅有内地的三分之二到二分之一，负重要比在内地困难数倍；而在山地作战及密林作战中，则需要面对大量起伏的地形，这也会增加负重的难度。动力外骨骼的装备可以提升士兵在上述战场环境中负重行军、搬运重物的能力。
在登陆作战及后续的城市战中，步兵则需要面对大量的防御工事。众所周知目前世界各国装备的步枪都无法应对良好的防御工事。为了提升步兵对于防御工事的威胁，美国率先搞出了可以发射中速榴弹的OICW武器系统。在此之后中国也发展出了类似的“战略步枪”。但是这些武器也都存在着榴弹初速较低精度也较低的问题。而动力外骨骼的使用则为步兵提供了更多的可能性。比如：人手一把高初速榴弹发射器/狙击榴。这可以在很大程度上提升步兵攻击滩头、城市中的防御工事的能力。
从原理上来讲，军用机器人也与动力外骨骼有一定的相似之处。而两者最大的区别是：军用智能机器人需要在战场上通过AI进行自主决策，而动力外骨骼仅需要追踪、判定并辅助人的行动就好。这意味着动力外骨骼的设计和研发要比军用智能机器人简单得多，生产和制造也要比军用智能机器人廉价得多。两者都可以看做革命性的陆军装备，但是在可以预见的未来，动力外骨骼必然有其不可替代的作用。对于这一装备的研发和列装，将使中国陆军在近未来的军事准备中居于优势地位。那么本期《出鞘》就到这里，我们下期再见。
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