到底需要什么样的技术，才能让我们成为钢铁侠？

姓名:刘惠民    学号：16020610028

转载自www.huxiu.com/article/224276.html:，有删节。

【嵌牛导读】:神经学的发展已经让我们更加了解大脑运作的方式，深度学习的发展也让我们更懂得如何模仿大脑运作的方式。两者结合，让机械成为人类骨骼这件事变得更加容易

【嵌牛鼻子】:机械外骨骼、传感、陀螺仪、深度学习

【嵌牛提问】:到底需要什么样的技术，才能让我们成为钢铁侠？

【嵌牛正文】:

在之前热映的DC电影《正义联盟》中，出现了一位较为面生的超级英雄钢骨，这位英雄身上有着大量的机械部件，右手上有声波炮、左肩里有Xbox、背上有喷射器、连肺都被换成了能在水下呼吸的机械肺。

钢骨的人物设定，在某种程度上体现了人们对“机械改造人体”这件事的幻想，我们羡慕机械的不知疲倦、力大无穷，驾驭它们已经不能让我们满足，非要和机械结合为一体，才能真正获得它们的力量。

钢骨从人类变成机械人的原因是因为天启星母盒意外爆炸，让他吸收了大量高科技机械装置。但在漫威宇宙中，钢铁侠给了人们一个更实际的方案，把高科技机械做成盔甲，穿在身上。

之所以说这是更为实际的方案，是因为类似的技术已经出现在了我们的生活中，而且还有着很高的商业价值，这种技术的名字叫做“机械外骨骼”。

给人穿上机械甲还是给机器人安上大脑？

所谓机械外骨骼，简单来说就是一种可穿戴的人体支撑动力支撑装置。像盔甲一样，穿戴在身上就能获得非凡的能力，虽然不能像电影中一样飞檐走壁、发射炸弹，却能给人们很多切实的帮助。

在最初的设计中，机械外骨骼最主要的作用就是在军事上。盔甲一样的机械外骨骼可以保护士兵，更能为他们提供动力，方便长途跋涉、负载武器、接触危险设施等等。

到后来，人们发现越来越多的领域都需要这种神奇装置的支持。比如机械外骨骼可以作为义肢，帮助人们重新获得运动能力；在进行康复训练时，机械外骨骼也能支撑人们做运动；当快递小哥需要搬运重物时，腰部和手臂上的机械外骨骼可以让他们轻松举起几百斤的货件。

随便动动脑筋，就能想象到无数机械外骨骼的应用场景。尤其是各种机器人风靡的现在，大脑进行决策+手指进行灵活操+机械负责力量，这是机器人幻想中的梦幻配置，显然都可以用人+机械外骨骼来解决。

而且让人穿上机械外衣，应该比让机器人长出大脑容易多了，也安全了多。

不能变身钢铁侠，不仅仅是因为你太穷了

那么，究竟是什么阻止了我们从普通人类变身钢铁侠呢？从技术角度考虑，还真不少。

最重要的就是在传感方面。按照设定，机械外骨骼应该是有力量的，如何控制这种力量显然成了一种问题。像高达那样用摇杆操控显然是不太实际的，一套基础的外骨骼少说要有2副手腕、2副手肘、2副脚腕、2副膝盖、1副腰椎共计9个关节活动部件，靠人手动操控的话，很可能就需要一个操控另一个。

到时候战场上也许就会出现那种“士兵着急追击敌人，无奈身后操纵他的玩家不给力”的情况。而且外骨骼移动的力度也不好把控，也许快递小哥只想让它帮着举起重物，却一个不小心把快递车都掀翻了。

还有一个难题就是在续航方面。既然是有力量的机械外骨骼，自然需要动力。目前最好的解决方案，就是在机械外骨骼中安置电池。你能想象快递小哥们为了抬起一件15kg包裹，需要背着一块15kg的锂电池吗？又或者是正在火拼时，一方士兵对另一方说“能不能先停下让我们充个电”。无法在电池重量和充电频率、速度间找到平衡，机械外骨骼至今续航能力堪忧。

最重要的还是成本上，要知道一开始机械外骨骼是美国军方主导研究的，自然造价不菲。灵敏密集的传感器、又轻又坚实的金属材料等等，都给机械外骨骼的商业化普及造成了困难。

脑机接口到深度学习，机械外骨骼还能有更多的黑科技

但即使有着这么多的困难，还是有一些可民用的机械外骨骼出现在我们的视野中。比如日本筑波Cyberdyne公司研发的行动帮助机械外骨骼，福特也为组装工人配上了上肢机械外骨骼帮助承重。在国内，据称京东也在研发机械外骨骼，以减少物流工人的腰部压力。那么这些研发团队是如何克服上述问题的？

就拿传感控制这一点来说，现在已经出现了不少黑科技解决方法。

人类之所以能灵巧控制身上每一个部件，是因为布满全身的神经元能把运动信号像电流一样互相传导。同样的道理，在机械中也能实现。在人体上贴上电极，捕捉肌肉动作时发出的信号，解析信号变成指令就能让机械外骨骼随着人体的动作移动。

Cyberdyne采用的就是这种方式。更高端的，还有跳过肌电信号直接使用脑电信号控制的。通过脑机接口仿真出一个中枢神经通路环境，识别操作者的运动意图并进行移动。在2014年巴西世界杯开幕时，就有一位残疾人小女孩穿着机械外骨骼为比赛开球。不过脑控技术还有很多难点，残疾人由于生理原因，很难像普通人一样用大脑下达出明确的动作信号。就像踢球这样一个简单的动作，可能都要经过大量的训练和调整才能实现。

脑洞开得再大一点，为什么不能把现在机器人传感技术加入到机械外骨骼中呢？在机械外骨骼中加入陀螺仪和红外摄像头，利用SLAM（即时定位与地图构建）系统识别出环境中物体的位置，配合上陀螺仪对自身的定位，就能计算出移动的距离和速度。

又或者把迁移学习应用到机械外骨骼中，在仿真环境中对机械外骨骼进行训练，让关节和部件可以进行自动化移动。等到现实使用中，机械外骨骼只需要解析“从A位置移动到B位置”这样简单的信号，而不是“伸出左脚，伸出右脚，再伸出左脚”这样复杂的信号了。

当然，有人可能会觉得还是太异想天开了，但现实情况是，神经学的发展已经让我们更加了解大脑运作的方式，深度学习的发展也让我们更懂得如何模仿大脑运作的方式。两者结合，让机械成为人类骨骼这件事变得更加容易。自从2000年美国国防部第一次提出“机械外骨骼”概念并开始立项，至今已经有了相关概念产品上市。或许在下一个十年，我们每个人都能变身成钢铁侠。