《明日边缘》中汤姆克鲁斯身穿酷炫的战斗服，此版本图片均为资料图。

中国科学院常州先进技术研究院研制的外骨骼

2014 年世界杯开幕式上的脑控外骨骼

2014年巴西世界杯开幕式上，一名残疾少年实现了踢球梦想。他利用一个缠绕在身上的装置，成功用“脚”将球踢出，为世界杯开了个好头。相信每一个看到过的人，都会被这样的奇迹深深感动，但同时，很多人也会感到疑惑：他是怎么做到的？他身上佩戴的装置到底是什么？

现代快报见习记者吴爽

机械外骨骼

穿上它，骨感文艺青年立马变身“绿巨人”

喜欢科幻电影和游戏的人一定知道“外骨骼”这个词。汤姆克鲁斯新片《明日边缘》中那身炫酷的战衣，其实就是外骨骼。此外，在《钢铁侠》、《异形》等多部电影中，“外骨骼”都发挥了不小的作用。巴西世界杯开幕式上瘫痪少年平托所穿的，其实就是现实生活中的外骨骼。也就是说，外骨骼已经不再是科幻世界的产物，而是早已存在于现实中。

那么外骨骼到底是什么？

东南大学机器人传感与控制技术专家宋爱国教授告诉记者：“外骨骼技术早在上世纪六八十年代就已发展起来，当时叫人体放大器，是一类由人控制的机器人。当时外骨骼主要应用于工业领域，比如运输重物等。到了上世纪九十年代，外骨骼已经被美军用来减轻士兵的装备负担，并开始在残疾人助残方面发挥作用。”

外骨骼，顾名思义，就是置于人体外部的骨骼，人通过这种骨骼可以做到很多以前不可能做到的事情。为了帮助人类工作和移动，使用外骨骼时，人体的各个关节和活动部位都会安装马达。它的工作原理是通过大量的传感器捕捉人体的动作，配合一套控制算法和安全系统，让外骨骼和人的行为保持一致。当人戴上外骨骼后，传感器会让外骨骼跟随人的动作。比如人伸出手，手部的外骨骼部分会配合手部动作启动马达发电，而控制算法和安全系统则保证马达提供多大的力，这样人不是伸手而已，而是马达突然全功率运转，把普通的手掌变成了威力无穷的金刚掌。

总之，穿上外骨骼之后，哪怕是瘦弱的年轻艺人，也能轻松举起几百公斤的物体，外骨骼可以分担70%以上的重量和压力。

此类外骨骼在国内外均已存在。今年3月，中科院常州先进技术研究院科研项目办公室研制出EXOP-1外骨骼，配备22个传感器、6个执行器和1个控制器，可辅助携带重达70公斤的物体，并能一拳打穿墙壁。

大脑控制的外骨骼

头盔式脑控外骨骼：戴上头盔，让机器做任何你想做的事

上述的外骨骼只是机械外骨骼，依靠人自身的动作来引导，但本届世界杯开幕式上瘫痪少年平托所佩戴的外骨骼则是另一种，即大脑控制的外骨骼。

这款在世界杯开幕式上引起轰动的外骨骼是由美国杜克大学神经科学家米格尔·尼古拉斯教授策划并制作的，它不依赖人体动作，而是由使用者的脑电波进行控制，因此被称为脑控外骨骼。

“2003-2004年，脑电波控制技术有了突破性进展。从2005年开始，脑电波信号开始取代力信号，控制机器人和外骨骼。”宋爱国解释道。这种脑控外骨骼和前面提到的外骨骼在使用方式上有很大不同。操作脑控外骨骼，需要的不是人的动作，而是人的思维。

虽然这个设计看上去很科幻，但早在上世纪 90 年代，米格尔·尼古拉斯教授就研发出了第一台意念控制机械臂。脑控外骨骼除了外骨骼常见的马达、支撑部件和控制装置外，还必须添加若干部件，才能实现意念控制。

首先需要的是一个装有大量电极的头盔。头盔采用非常精细的传感器来监测额叶和顶叶皮层神经元发出的微弱电信号。除了头盔，外骨骼使用者还需要背一个箱子，里面装有陀螺仪，确保头盔装置的稳定性，还有电池和电脑。箱子里甚至还装有安全气囊，以在发生事故时确保佩戴者的安全。

头盔和盒子的任务是通过头盔上的电极收集脑信号并将其传输到计算机，在计算机中进行解码并使用液压或其他马达来驱动外骨骼。

在使用时，负责高层决策的大脑只需要发出“开始行走”、“停止行走”、“加速”、“减速”、“左转”、“右转”、“踢球”等指令，脑控外骨骼接收到指令后，只需要说“哦”然后就去做。

可植入的脑控外骨骼：植入大脑的电极可收集更准确的脑信号

除了用这款头盔获取脑信号之外，脑控外骨骼的另一种方式是将获取信号的设备直接植入大脑，电极植入大脑之后，外骨骼对信号的测量和分析会更加精准。

米格尔·尼古拉斯教授在设计本届世界杯使用的外骨骼时，原本计划在平托的脑部植入电极，后来他们掌握了脑波头盔的技术，这种需要手术的植入方式就被放弃了。

宋爱国也认为，没必要冒手术的风险：“电极植入大脑后，外骨骼对信号的测量和分析会非常准确，但对人有风险，植入手术也不容易。头盔戴在外面比较安全，但存在测量不准、信号模糊的问题。就像在球场外报道足球比赛，记者只能根据球场内观众是否欢呼来判断进球，但无法掌握具体的情况和细节。”

虽然这种植入存在风险，但并不代表完全不可取。2004 年，脊椎被刺伤后四肢瘫痪的马特·纳格尔在布朗大学植入了脑芯片，能够远程操控摇臂捡糖果。植入芯片和头盔的选择，主要取决于风险和效果之间的权衡。

钢铁侠、机动战队等都可能成为现实

无论外骨骼如何控制，其主要功能是辅助和延伸人体。

目前外骨骼的应用领域主要集中在军事、医疗和建筑作业领域。其中，传统力传感外骨骼主要应用于军事和建筑领域，主要用于辅助人进行体力劳动。例如《明日边缘》中的外骨骼就是辅助人类作战的产品，重点体现了外骨骼的强度和灵活性。

脑控外骨骼主要用于医疗领域，尤其是针对残障人士，可以帮助他们进行正常活动。例如电影《机械公敌》中主人公的机械臂，就是脑控外骨骼技术的衍生品。

外骨骼可以设计得非常轻便舒适，也可以像钢铁侠一样设计得密不透风，这取决于外骨骼的功能。那么，现在的外骨骼技术已经达到科幻电影的水平了吗？

宋爱国说：“虽然目前的外骨骼水平还不能像电影里那么灵活，但整个外骨骼的发展还是可以预见的。依靠人类控制、脑电波控制的外骨骼会逐渐把人类的能力拓展到更高的层次。比如未来的人可能会像哪吒一样，有一条或多条机械臂，帮助人类工作。”

外骨骼及相关研发的最终目的是通过意念远程操控机器。经典动漫《攻壳机动队》中，几乎每个人都能用改造后的大脑操控机器，甚至可以脱离肉体，单靠大脑控制的机械躯体生存。“脑控外骨骼技术的发展，在动漫中或许会以这样的结局收场。”

其实这一步并不遥远，早在2008年，米格尔·尼古拉斯教授就在实验中成功控制了一台90公斤重的机器人在跑步机上行走，仅依靠大脑的思维活动。更不可思议的是，这只猴子在美国北卡罗来纳州，而机器人远在日本京都。

科技极客可以制作自己的脑控外骨骼

在果壳网和贴吧上，有平民（主要是科技极客）利用脑控技术控制外骨骼的例子。令人惊讶的是，除了必备的专业知识外，相应的设备并不难获得。科技极客总能弄到马达、线材和支撑部件。至于听上去很高端的脑波控制器，其实问题不大，因为网上有卖脑波控制器的！有兴趣的可以去网上看看……

不仅仅是外骨骼可以通过意念控制

脑控技术还用于玩游戏，在韩国“DICON 2003”展览会上，玩家可以用脑电波控制纸牌游戏；美国明尼苏达大学研究小组利用脑电图（EEG）扫描系统，成功完成了小型四螺旋桨飞机的控制试验。