拉蒙特·德雷克斯尔（Lamont Drechsel）是一位温文尔雅的机械工程师，但此刻他看起来像是《魔鬼女大兵》和《机械战警》的暴力结合体。他穿着迷彩服，被绑在一个有机玻璃框架中，该框架在他的肘部、臀部和其他关节处铰接，以跟随他的动作。他在萨科斯（Sarcos）的一间机修车间里跪下、伸展，并投出威胁性的目光。萨科斯是犹他州盐湖城的一家工程公司，制造了这套装置。“它出奇地舒适，”他笑着说，“我觉得我几乎可以做任何我想做的事情。”
萨科斯公司研发的一款机器人套装能模拟穿戴者的身体动作。难题将是如何装入动力源。摄影：迈克尔·凯利
一旦德雷克斯尔和他的同事们在铰链上安装活塞，并且每个活塞都响应他最细微的手指抽动或腿部弯曲而发射，他的自由感将进一步扩大。结果将是一个外骨骼——本质上是一套动力装甲。这种装置可以在战斗中给士兵带来巨大的优势。“我们希望给我们的部队至少增加两马力的力量和耐力，”埃弗拉希姆·加西亚说，他负责国防高级研究计划局（简称DARPA）的外骨骼项目。去年春天，该机构从其5000万美元的“人体性能增强外骨骼”项目中首次向萨科斯、橡树岭国家实验室以及加州大学伯克利分校的人类工程实验室发放了拨款。任务是：到2003年准备好仅用于腿部的外骨骼进行试验，到2005年准备好全身版。
穿着符合DARPA规格的设备，一名步兵无需费力就能举起400磅的重物，包括更大的武器、防弹衣、更好的通信设备和更多的食物，并且可以连续活动至少四个小时。外骨骼还可以针对其他战斗任务进行优化，例如比普通人跑得更快、跳过栅栏或在救援工作中搬运瓦砾。再加上一点人工智能，如果穿戴者受伤，这套装备还能救他。“你可以发出指令让这个人回家，”萨科斯首席执行官斯蒂芬·雅各布森说。
制造动力外骨骼的计划源于未来战争将是城市战争的前提。士兵需要爬楼梯，穿梭于狭窄的小巷，并从屋顶跳下，这些都无法在坦克或飞机中完成。但弗朗索瓦·平（François Pin）是橡树岭（Oak Ridge）工作的负责人，他也看到了数十种非军事用途。“建筑业在这个国家是一个价值40亿美元的产业，而且它非常原始。我们每天都在伤害人。货物搬运、搜救——可能性是无限的。”最终，外骨骼可以改变社会。老年人可以恢复年轻时的身体能力，截瘫患者可以行走。“这是一个埋藏在每个人心中的梦想。每个人都想变得强大，”雅各布森说。
正因为这种深远的吸引力，外骨骼的想法绝非新鲜事。罗伯特·A·海因莱因（Robert A. Heinlein）在1959年的小说《星船伞兵》（Starship Troopers）中让士兵们穿上了动力装甲，而在1986年的电影《异形》（Aliens）中，机械强化的西格妮·韦弗（Sigourney Weaver）则击败了其中的一个主要角色。
尽管科幻小说已经超越了现实生活，但外骨骼项目的参与者们相信，发电、微处理器和控制技术的进步最终将使梦想触手可及。“我真的相信五年内我们就能实现目标，”伯克利人类工程实验室主任霍马扬·卡泽鲁尼（Homayoon Kazerooni）说。然而，即使像雅各布森这样的乐观主义者也认识到挑战的巨大性。“在各个层面都存在巨大的技术障碍，”他说。
主要问题是动力。执行器——相当于机器人的肌肉——必须强大、高效、耐用、可控且安静，而这些都很难实现。萨科斯是世界领先的机器人公司之一，从为海军制造海底打捞机器人到为华特迪士尼公司“加勒比海盗”游乐设施制造机电海盗，无所不包。然而，对于大多数此类设备，雅各布森说：“隔壁房间里藏着一个肮脏的小秘密。电气设备某处有一个大型发电机。液压系统有一个隐藏的电机和泵。而这台机器，你不能有那个肮脏的秘密。”他认为，成功的关键是找到一种模拟肌肉组织效率的方法：“肌肉在这方面真是太棒了。如果你把一个健康成年男性身上的所有肌肉都取下来，让它们完全收缩，它们可以举起20吨。而且它们靠胡萝卜就能运转。”
这个液压抓取臂由加州大学伯克利分校开发，用于装卸单人无法独立举起的飞机有效载荷。照片由霍马扬·卡泽鲁尼/加州大学伯克利分校提供。
“每个实验室对于如何解决这个问题都有不同的想法，”Pin说。他的橡树岭团队计划使用燃料电池为液压执行器供电。萨科斯的套装将在每个关节处安装一个单独的氢燃料或石油燃料活塞，这种方法旨在避免困扰分布式电力系统的损耗。卡泽鲁尼在伯克利的实验室将试验一种由过氧化氢提供动力的气动系统。到目前为止，还没有人拥有接近所需效率的执行器。
尽管动力问题依然棘手，但在过去十年中，控制技术取得了长足进步。20世纪90年代末，皮恩的研究小组建造了一个人工手臂，该手臂能即时响应指令，并将4000磅重的炸弹装入F-15喷气机弹仓。操作员抓住手臂框架末端类似手柄的装置，机器便会跟随他的动作，提供力反馈，让他能感受到炸弹的重量、形状和惯性。“我们有来自空军的年轻人，他们从未见过电脑；他们用这个装置在15分钟内成功地装载了炸弹，”皮恩说。
但在全身外骨骼中，力反馈机制必须极其精细。Sarcos在构建主从系统方面拥有丰富的经验，即一个人佩戴控制线束来指挥机器人的运动。“我们发现人类在持续负载下表现不佳。即使你只需要施加一两磅的力，你也会很快感到疲劳，”雅各布森说。他说，外骨骼“应该几乎不触碰你，但反应极其灵敏。”Sarcos率先开发了允许截肢者通过皮肤或肌肉的微小运动来控制机械臂的传感器，但这些传感器是否能在一个全身外骨骼中对一个全身武装的士兵起作用，还有待观察。
如果任何实验室成功了，外骨骼可能会迅速以令人眼花缭乱的各种形式出现。卡泽鲁尼预计部分版本将首先上市。“一个工厂工人可能只拥有一双增强型手臂，”他说，“将会有许多针对手臂或腿部的特定工作应用。”
雅各布森对动力腿的潜力尤为兴奋。“世界上约3%的地区可以通过轮式车辆进入，但85%的地区可以通过有腿的东西到达，”他说。他设想了一种人马卡车：一个人穿戴并控制前腿，而一个或多个腿对则跟在后面，支撑一个平板车。“你可以在任何地方运输货物，”他说。之后也可能出现许多全身套装的市场。“就像有小汽车、大汽车和大卡车一样，也会有各种任务的专业套装，”他预测。
雅各布森认为，动力是关键的缺失要素。其他一切都很难但可行。“电机，比其他任何东西都更重要，使得飞机成为可能，”他说。“这很相似。人们想飞，然后发展就发生了。凡是得到水的，都会生长。现在，这正在得到水。”
