霍马永·卡泽鲁尼即将单臂举起 500 磅的重物。这位身材瘦削的 36 岁机械工程学教授并非健美运动员，但当他穿上动力外骨骼时，他便化身为钢铁侠。
动力外骨骼是一个巨大的、多关节的机器人手臂，是卡泽鲁尼和加州大学伯克利分校一支敬业的学生团队建造的半打机器中最强壮的一个。它全身黑金属，笨重而 menacing，铰接在一个支撑底座上，就像阿诺德·施瓦辛格电影中被遗弃的道具。每个关节都鼓胀着马达，粗大的电缆蜿蜒着通向旁边一个书本大小的液压发动机。
卡泽鲁尼肩并肩地站着，将右手伸进机器人的中空金属前臂内的手套中，这只前臂比卡泽鲁尼的手长出一英尺半。前臂的末端是机器人的手，两块六英寸见方的金属板像巨大的镊子一样开合。卡泽鲁尼的左手紧握着一个手持安全开关，发动机轰鸣着启动，实验室被白噪音淹没。卡泽鲁尼挑了挑眉毛，胡子下方露出一抹了然的微笑。他开始扭动并弯曲右臂，像太极大师一样转动肩膀、肘部和手腕。尽管支撑在底座上的动力外骨骼重达 250 磅，但它却能随着卡泽鲁尼的手臂流畅而轻盈地移动。然后，当卡泽鲁尼握紧右手时，动力外骨骼抓起一块四分之一吨重的钢锭，并自豪地挥舞起来。
欢迎来到人类增强器——旨在增强肌肉力量的机器——跌宕起伏的历史的最新一章。人类增强器一半是小工具，一半是服装，是终极的硬汉装备。但尽管它们长期以来一直是科幻小说中的固定元素，但在现实世界中它们尚未真正发挥作用。工程师们已经孜孜不倦地投入了 30 多年，但它们在技术上非常复杂。结果是一系列庞大笨拙的装置和异想天开的概念。卡泽鲁尼继承了这个充满争议的遗产，并决心为人类增强器赢得新的尊重。
理论上，人类增强器在工程学上很有意义，因为它们克服了传统机器人技术的一些弱点。它们基于一种直观的控制智能机器的方式。你不需要操纵操纵杆或敲击键盘来命令这些机器人——你只需穿戴它们。
“最自然的交流方式是说话，”卡泽鲁尼说。“通过键盘与电脑交流——这不太自然。操纵物体也是一样。操纵物体就像这样——”他模仿着提起和移动一个箱子。“我不想用操纵杆来做。我想要感受它。”
人类增强器绕过了另一个经常让机器人专家陷入困境的障碍：弄清楚并复制人脑指挥手臂和手的复杂过程。“我们如何将人类智能复制到机器中？”卡泽鲁尼沉思道。“我们还有很长的路要走。人类无处不在，所以我们不妨利用他们。”
在人类增强器的发展过程中，它们在虚构与科学之间 zigzag。例如，在罗伯特·海因莱因 1959 年的小说《星船陆战队》中，一群星际战士穿着动力增强力量的服装。到 20 世纪 60 年代初，国防部开始资助超人套装的研究。目的是增强在船舶和潜艇狭窄空间内搬运货物和鱼雷的军人的力量。1964 年，位于布法罗、拥有军方资助的康奈尔航空实验室研究建造一台 480 磅重的机器人套装或外骨骼的可行性。它本应由背包式汽油发动机提供动力。该公司得出结论，复制所有人类动作是不切实际的，只有一定数量动作的外骨骼足以满足大多数军事任务。
1965 年，通用电气公司用一款名为 Hardiman 的军用资助外骨骼将这一概念从图纸上移开，这是一台重达 1500 磅、拥有 30 个关节的装置，看起来像是从日本动漫中走出来的。Hardiman 有两条巨大的承重腿、两只手臂和一个髋部腰带，所有这些都连接到一个更小的、带关节的框架上。用户本应将自己绑在框架上，复杂的液压和电气联动装置会为他的动作提供动力辅助，从而驱动外部外骨骼。迪恩·马丁迷人的搭档詹尼斯·鲁尔在 1967 年的电影《伏击者》中，用 Hardiman 的仿制品轻松击退了反派，但通用电气公司的工程师们几乎没能让一只手臂正常工作。Hardiman 太大太笨重，无法轻松操纵。
之后，这一努力停滞了十多年，直到 1985 年，洛斯阿拉莫斯国家实验室的工程师杰弗里·摩尔重新拾起了这个概念。摩尔提出了一个名为 Pitman 的外骨骼，为步兵提供动力盔甲。但令他惊讶的是，国防部——通常不会对资助“出格”的研究有所顾忌——却拒绝了他的提议。（当时，外骨骼在科幻小说中表现得更好：在《异形》中，詹姆斯·卡梅隆展示了一套搬运货物的服装，帮助西格妮·韦弗与女王作战。观众不知道的是，这套服装是用塑料制成的，而一名藏在后面的举重运动员则在移动肢体。）
摩尔现在意识到，他给 Pitman 装载了连五角大楼都难以接受的“天马行空”的技术。为了控制外骨骼，他设想了一个头盔中的脑部扫描传感器网络。这些设备将测量大脑指示肢体运动时产生的变化的磁场。
“生活是关于时机的，我超前了，”摩尔若无其事地说。当陆军位于马里兰州阿伯丁的人类工程实验室开始研究另一款为步兵设计的动力盔甲时，他说了这番话。从纸面上看，这套盔甲——陆军“勇士之刃”计划的一部分——似乎就是没有读心装置的 Pitman。即便如此，摩尔指出，对于通常保守的军队现在朝着这个方向发展，这是意义重大的。“整个增强器努力的故事就是这里一点点工作，那里一点点工作。直到现在，还没有人有雄厚的财力将其整合起来用于特定应用。”
在国防机构之外，人类增强器的研究也生机勃勃，虽然不至于“踢馆”。例如，在加州克莱蒙特，一款仅限腿部的原型增强器已经开始在街道上活动。它被命名为 SpringWalker，是 Applied Motion 这家小型公司的一个创想。联合创始人约翰·迪克六年前构思了 SpringWalker，同时也是 NASA 喷气推进实验室的研究员。迪克希望有一天能制造出一种装置，能让人以每小时 30 英里的速度奔跑，并能跳到四英尺高的墙顶。士兵可以使用 SpringWalker 在敌对地形上快速移动，而平民则可以进行体育锻炼和娱乐。
拿一对细长的、像瞪羚后腿一样有关节的支撑杆，加上一些滑轮和一对 BungeeCord，你就得到了 SpringWalker。在人类增强器中，目前的 SpringWalker 不含马达。你将脚固定在两个踏板上，踏板上方有一对带有向后弯曲的膝盖的腿架。当你以慢跑的动作移动双脚时，从踏板下方延伸出来的长腿架会提供杠杆作用，使每一步的蹬踏力翻倍。
此外，电缆从每个腿架连接到附着的背架上的粗 BungeeCord 环。当你启动 SpringWalker 行走时，电缆会拉伸和放松 Bungee 环。当 Bungee 环被拉伸时，它会捕获腿架对地面施加的大部分力，这些能量在没有辅助的情况下慢跑时会被浪费掉。抬起脚，Bungee 就会释放能量，将你弹向空中。
SpringWalker 被设计成赋予用户袋鼠般的步态，而不是举重运动员那种笨拙的跺脚。但迪克在观察他的一位伙伴在克莱蒙特街头测试运行时弹跳和发出嘎吱声时指出，SpringWalker 的发展成熟度大约相当于 19 世纪的自行车。“我们的试飞员上下起伏很多，”他承认。“我们在他的步态中浪费了大量的垂直运动能量。就目前而言，它并不比仅仅慢跑更有效率。”
他发誓，当他将小型电机驱动的绞车连接到电缆上时，情况将会改变。那样的话，穿戴者脚的运动就不会直接拉扯 Bungee 环。由每个腿架上的传感器协调，电机将卷起和释放电缆。迪克承诺，由此产生的动力辅助步态最终将使用户能够以轻松慢跑的精力跑完两分钟一英里的距离。
在伯克利，霍马永·卡泽鲁尼被他的动力外骨骼环绕着，他深知人类增强器过去和现在的复杂历史。与五角大楼外骨骼所召唤的机器人部队不同，卡泽鲁尼的动力外骨骼注定要用于民用工作：卸载卡车、重新布置仓库、搬运钢梁，或者仅仅是增强残疾的手臂或腿。
此外，卡泽鲁尼控制其动力外骨骼的方法打破了传统的“主从控制”技术。通用电气的 Hardiman 就是这种策略的代表。Hardiman 配备了两组电机：一组从电机用于驱动外骨骼的关节，另一组主电机安装在内框架上，将一部分工作推回给穿戴者，以保持人类对载荷的感知。这种设置在远程操作中效果很好，在这种情况下，人类可以从远处操作机器人。但是，当主从控制被用于人类和机器人融为一体的系统中时，双电机组几乎使外骨骼的重量和复杂性翻倍。
卡泽鲁尼的动力外骨骼只需要一组电机。如今速度快、功能强大的计算机和称为测力传感器的灵敏电子传感器使得这种更轻、更精简的布局成为可能。这些硬币大小的传感器被放置在人臂和手接触动力外骨骼内表面以及动力外骨骼与载荷接触的地方。测力传感器测量人类施加在动力外骨骼上的力（例如举起载荷的向上推力）以及载荷本身的重量。
这些传感器的读数被输入到计算机控制器，控制器命令动力外骨骼的电机恰好转动，以减轻人臂大部分——但不是全部——的载荷。对于 100 磅的载荷，动力外骨骼可能支撑 95 磅，而人臂只感觉到 5 磅。
这种策略消除了导致 Hardiman 项目失败的许多笨重之处。但卡泽鲁尼现在面临着 Hardiman 创造者从未遇到过的技术障碍。
也许最棘手的问题是人臂行为的不一致性。将重物从膝盖处挥到眼睛水平，你会注意到在整个运动过程中，你的肌肉工作得并不均匀。当你的手臂接近某些笨拙的角度时，它的肌肉会收紧以补偿杠杆作用的减小。它们收紧的程度取决于你的力量。
如果你穿着动力外骨骼举起重物，测力传感器会将这种额外的肌肉僵硬读作额外的力，就好像载荷突然增加了重量一样。控制器将指示动力外骨骼电机更用力地向上拉。动力外骨骼会猛地离开你的手臂，测力传感器会突然注册到力的下降。电机因此产生的扭矩减少，导致动力外骨骼落回你的手臂。这又会突然增加传感器上的载荷，迅速将动力外骨骼困在振荡中。增加力，振荡就越有可能发生。
为了应对这种趋势，卡泽鲁尼正在编写软件，该软件考虑了手臂的特殊性。该软件还将根据任何人的力量定制现成的动力外骨骼的运动。
卡泽鲁尼的动力外骨骼的设计方式旨在解决这些实际问题。“我们想一步一步来，”他说，“确保所有基础都得到妥善处理。”目标是制造一个具有人臂全部活动范围的动力外骨骼。为了理解这种活动性，卡泽鲁尼建造了一系列更简单的动力外骨骼，以模仿特定的运动。例如，一个肩肘动力外骨骼，配备了快速的电动机，能够探测高速手臂摆动产生的离心力。一个优雅的桌面动力外骨骼则模仿人手腕的微妙运动。
尽管他的方法很严谨，但卡泽鲁尼希望尽快将他的机器从实验室推向生产。他无意让“勇士之刃”计划独占生产首款功能性外骨骼的荣誉。在液压动力外骨骼后面的角落里，暗示着卡泽鲁尼努力的方向。那是一个未动力的木制模型，是一个全身外骨骼，让《异形》中的服装看起来像是来自“Romper Room”（儿童节目）。“我从来没有迟到或错过我的日程安排，”卡泽鲁尼坚持说。“如果你两年后回来，这台机器就会走路了。”
这个模型是迄今为止组装的第五个。每一个模型都充当了替代外骨骼解剖结构（不只是模仿人类框架的解剖结构）的试验台。例如，在当前模型中，前臂动力外骨骼从上方像蜘蛛肢体一样向前枢转，而不是像人类前臂那样从下方向上枢转。尽管这似乎违反直觉，但这种布局实际上在举重时提供了更大的舒适度和机动性。
卡泽鲁尼还在试验非传统的腿部设计。当外骨骼运输重物时，它必须通过其腿部将载荷导向地面而不翻倒。一种可能提供稳定性的结构是双关节腿，实际上它有两个膝盖，上面的膝盖向前移动，下面的膝盖向后移动。
如果被提示，卡泽鲁尼的一名学生会穿上模型，像一个活动的稻草人一样在实验室里踱步。“当他能穿着它跳舞时，”卡泽鲁尼说，饶有兴致地看着学生滑稽的动作，“我们就知道是时候制造这台机器了。”
