如果你有两条健全的腿和一个可靠的神经系统，走路和跑步通常是无需思考的任务。但如果你是一名士兵，长时间背负大量装备，一步一步走下去可能会让你筋疲力尽。
这就是软质、未来主义“外骨骼”概念的由来——2011年，DARPA资助了一个名为Warrior Web的项目。美国陆军与哈佛大学怀斯生物工程研究所的研究人员合作，开发了一种可穿戴设备，以帮助军事人员进行重体力劳动并全面提高身体机能。到2017年，陆军已经拥有了一个扎实的外骨骼原型，并与研究人员一起进行了三年的测试。但仍然存在一个主要问题——外骨骼能让士兵快速行走，但无法跑步，否则设备会让他们绊倒。
因此，怀斯生物工程研究所的研究人员在前一代原型的基础上，开发了一种能够帮助用户在行走或奔跑时都能提供助力的新型外骨骼。而且，它的工作方式出奇地简单。最新版本是一个柔软舒适的短裤，带有缠绕在大腿和腰部的缆绳，可以根据用户的步态以特定的方式拉动腿部。
这项关于外骨骼的研究，于周四发表在《科学》杂志上，为这项新技术奠定了基础。它还解释了如何通过嵌入式计算机来确定行走的动作。
DARPA在几年前停止了对该项目的资助。而外骨骼的应用范围可能远远超出军事领域——可能扩展到医院或工作场所。
并非简单的动作
想象一下，清晨的城市街道挤满了赶去上班的人。如果有人突然冲刺去赶公交车，或者为了闯红灯而横穿马路，甚至在上坡行走——他们在每种情况下的步态都会完全不同。我们几乎意识不到动作的变化，但训练机器识别一个人何时在行走、奔跑或上坡是一项比看起来更具挑战性的任务。
外骨骼必须经过测试，直到它能够以近乎100%的准确率判断用户的步态。它并非完全完美，但非常接近——研究人员报告称，该算法在跑步机试验中100%准确地预测了步态，在户外试验中准确率为99.98%。
当外骨骼的缆绳拉动穿着者的腿部时，计算机会精确地告诉他们应该朝哪个方向拉动，以及用多大的力。否则，技术负责人David Perry表示，该装置会阻碍动作，而不是帮助动作。
“没有一种拉腿的方式能够同时对行走和跑步都有帮助，”Perry说。“如果你错过了某个动作，那将严重影响一个人的移动方式。”
研究人员也花了很多时间自己穿着这款短裤：在进行最终演示之前，也就是六名士兵在训练演习中穿着外骨骼的试验，Perry说他和他的同事们也穿上了设备，并在研究大楼周围奔跑。
他说，很难确切地说出短裤在做什么。但穿上它们后，高科技外骨骼使他们在行走时新陈代谢率降低了约9.3%，在跑步时降低了4%。
“然而，当你关闭它时，你的腿会突然感到沉重，这时就能清楚地知道机器人为你做了多少工作，”Perry说。“就像在机场从自动人行道的末端走下来一样。”
短裤的销售
Perry说，虽然在军事领域使用这项技术并非完全不可能，但由于没有DARPA的资助，怀斯生物工程研究所也在寻找将这款短裤推向各种市场的新途径。
目前，他们与ReWalk Robotics公司合作，将这项技术应用于医院和物理治疗，帮助中风和多发性硬化症患者在康复过程中恢复力量。
Perry表示，这款机器人短裤还可以用于防止在工人需要搬运重物的行业中发生背部损伤。怀斯生物工程研究所聘请了来自不同行业的专业人士来将外骨骼等技术商业化，团队甚至还有服装设计专家来寻找方法，使其适合更广泛的体型。
所以，谁知道呢——也许有一天，你也能买到一条未来感十足的短裤。
