《明日邊緣》中湯姆克魯斯身穿酷炫的戰斗服，此版本圖片均為資料圖。

中國科學院常州先進技術研究院研制的外骨骼

2014 年世界杯開幕式上的腦控外骨骼

2014年巴西世界杯開幕式上，一名殘疾少年實現了踢球夢想。他利用一個纏繞在身上的裝置，成功用“腳”將球踢出，為世界杯開了個好頭。相信每一個看到過的人，都會被這樣的奇跡深深感動，但同時，很多人也會感到疑惑：他是怎么做到的？他身上佩戴的裝置到底是什么？

現代快報見習記者吳爽

機械外骨骼

穿上它，骨感文藝青年立馬變身“綠巨人”

喜歡科幻電影和游戲的人一定知道“外骨骼”這個詞。湯姆克魯斯新片《明日邊緣》中那身炫酷的戰衣，其實就是外骨骼。此外，在《鋼鐵俠》、《異形》等多部電影中，“外骨骼”都發揮了不小的作用。巴西世界杯開幕式上癱瘓少年平托所穿的，其實就是現實生活中的外骨骼。也就是說，外骨骼已經不再是科幻世界的產物，而是早已存在于現實中。

那么外骨骼到底是什么？

東南大學機器人傳感與控制技術專家宋愛國教授告訴記者：“外骨骼技術早在上世紀六八十年代就已發展起來，當時叫人體放大器，是一類由人控制的機器人。當時外骨骼主要應用于工業領域，比如運輸重物等。到了上世紀九十年代，外骨骼已經被美軍用來減輕士兵的裝備負擔，并開始在殘疾人助殘方面發揮作用。”

外骨骼，顧名思義，就是置于人體外部的骨骼，人通過這種骨骼可以做到很多以前不可能做到的事情。為了幫助人類工作和移動，使用外骨骼時，人體的各個關節和活動部位都會安裝馬達。它的工作原理是通過大量的傳感器捕捉人體的動作，配合一套控制算法和安全系統，讓外骨骼和人的行為保持一致。當人戴上外骨骼后，傳感器會讓外骨骼跟隨人的動作。比如人伸出手，手部的外骨骼部分會配合手部動作啟動馬達發電，而控制算法和安全系統則保證馬達提供多大的力，這樣人不是伸手而已，而是馬達突然全功率運轉，把普通的手掌變成了威力無窮的金剛掌。

總之，穿上外骨骼之后，哪怕是瘦弱的年輕藝人，也能輕松舉起幾百公斤的物體，外骨骼可以分擔70%以上的重量和壓力。

此類外骨骼在國內外均已存在。今年3月，中科院常州先進技術研究院科研項目辦公室研制出EXOP-1外骨骼，配備22個傳感器、6個執行器和1個控制器，可輔助攜帶重達70公斤的物體，并能一拳打穿墻壁。

大腦控制的外骨骼

頭盔式腦控外骨骼：戴上頭盔，讓機器做任何你想做的事

上述的外骨骼只是機械外骨骼，依靠人自身的動作來引導，但本屆世界杯開幕式上癱瘓少年平托所佩戴的外骨骼則是另一種，即大腦控制的外骨骼。

這款在世界杯開幕式上引起轟動的外骨骼是由美國杜克大學神經科學家米格爾·尼古拉斯教授策劃并制作的，它不依賴人體動作，而是由使用者的腦電波進行控制，因此被稱為腦控外骨骼。

“2003-2004年，腦電波控制技術有了突破性進展。從2005年開始，腦電波信號開始取代力信號，控制機器人和外骨骼。”宋愛國解釋道。這種腦控外骨骼和前面提到的外骨骼在使用方式上有很大不同。操作腦控外骨骼，需要的不是人的動作，而是人的思維。

雖然這個設計看上去很科幻，但早在上世紀 90 年代，米格爾·尼古拉斯教授就研發出了第一臺意念控制機械臂。腦控外骨骼除了外骨骼常見的馬達、支撐部件和控制裝置外，還必須添加若干部件，才能實現意念控制。

首先需要的是一個裝有大量電極的頭盔。頭盔采用非常精細的傳感器來監測額葉和頂葉皮層神經元發出的微弱電信號。除了頭盔，外骨骼使用者還需要背一個箱子，里面裝有陀螺儀，確保頭盔裝置的穩定性，還有電池和電腦。箱子里甚至還裝有安全氣囊，以在發生事故時確保佩戴者的安全。

頭盔和盒子的任務是通過頭盔上的電極收集腦信號并將其傳輸到計算機，在計算機中進行解碼并使用液壓或其他馬達來驅動外骨骼。

在使用時，負責高層決策的大腦只需要發出“開始行走”、“停止行走”、“加速”、“減速”、“左轉”、“右轉”、“踢球”等指令，腦控外骨骼接收到指令后，只需要說“哦”然后就去做。

可植入的腦控外骨骼：植入大腦的電極可收集更準確的腦信號

除了用這款頭盔獲取腦信號之外，腦控外骨骼的另一種方式是將獲取信號的設備直接植入大腦，電極植入大腦之后，外骨骼對信號的測量和分析會更加精準。

米格爾·尼古拉斯教授在設計本屆世界杯使用的外骨骼時，原本計劃在平托的腦部植入電極，后來他們掌握了腦波頭盔的技術，這種需要手術的植入方式就被放棄了。

宋愛國也認為，沒必要冒手術的風險：“電極植入大腦后，外骨骼對信號的測量和分析會非常準確，但對人有風險，植入手術也不容易。頭盔戴在外面比較安全，但存在測量不準、信號模糊的問題。就像在球場外報道足球比賽，記者只能根據球場內觀眾是否歡呼來判斷進球，但無法掌握具體的情況和細節。”

雖然這種植入存在風險，但并不代表完全不可取。2004 年，脊椎被刺傷后四肢癱瘓的馬特·納格爾在布朗大學植入了腦芯片，能夠遠程操控搖臂撿糖果。植入芯片和頭盔的選擇，主要取決于風險和效果之間的權衡。

鋼鐵俠、機動戰隊等都可能成為現實

無論外骨骼如何控制，其主要功能是輔助和延伸人體。

目前外骨骼的應用領域主要集中在軍事、醫療和建筑作業領域。其中，傳統力傳感外骨骼主要應用于軍事和建筑領域，主要用于輔助人進行體力勞動。例如《明日邊緣》中的外骨骼就是輔助人類作戰的產品，重點體現了外骨骼的強度和靈活性。

腦控外骨骼主要用于醫療領域，尤其是針對殘障人士，可以幫助他們進行正?；顒?。例如電影《機械公敵》中主人公的機械臂，就是腦控外骨骼技術的衍生品。

外骨骼可以設計得非常輕便舒適，也可以像鋼鐵俠一樣設計得密不透風，這取決于外骨骼的功能。那么，現在的外骨骼技術已經達到科幻電影的水平了嗎？

宋愛國說：“雖然目前的外骨骼水平還不能像電影里那么靈活，但整個外骨骼的發展還是可以預見的。依靠人類控制、腦電波控制的外骨骼會逐漸把人類的能力拓展到更高的層次。比如未來的人可能會像哪吒一樣，有一條或多條機械臂，幫助人類工作。”

外骨骼及相關研發的最終目的是通過意念遠程操控機器。經典動漫《攻殼機動隊》中，幾乎每個人都能用改造后的大腦操控機器，甚至可以脫離肉體，單靠大腦控制的機械軀體生存?！澳X控外骨骼技術的發展，在動漫中或許會以這樣的結局收場?！?/p>

其實這一步并不遙遠，早在2008年，米格爾·尼古拉斯教授就在實驗中成功控制了一臺90公斤重的機器人在跑步機上行走，僅依靠大腦的思維活動。更不可思議的是，這只猴子在美國北卡羅來納州，而機器人遠在日本京都。

科技極客可以制作自己的腦控外骨骼

在果殼網和貼吧上，有平民（主要是科技極客）利用腦控技術控制外骨骼的例子。令人驚訝的是，除了必備的專業知識外，相應的設備并不難獲得。科技極客總能弄到馬達、線材和支撐部件。至于聽上去很高端的腦波控制器，其實問題不大，因為網上有賣腦波控制器的！有興趣的可以去網上看看……

不僅僅是外骨骼可以通過意念控制

腦控技術還用于玩游戲，在韓國“DICON 2003”展覽會上，玩家可以用腦電波控制紙牌游戲；美國明尼蘇達大學研究小組利用腦電圖（EEG）掃描系統，成功完成了小型四螺旋槳飛機的控制試驗。