隨著軍備局研製的「軍用動力外骨骼系統」於今年進入第二階段,包括膝、髖、肩肘等部位的「野戰全身型」外骨骼預計將於2027年研製完畢。這款動力外骨骼系統將輔助官兵進行彈藥補給、重型武器的操練,其成果有望擴展到救災、物流和製造產業,透過技轉創造產業效益。
今天,便來淺談軍用外骨骼的原理與開發。
今天,便來淺談軍用外骨骼的原理與開發。

國產下骨骼動力服,部分部件已輕量化。(圖/國防部預算解凍報告)
外骨骼系統是什麼?
想必大家對於好萊塢系列劇作<<復仇者聯盟>>或者是<<鋼鐵人>>都不陌生。而鋼鐵人身穿的鋼鐵裝,事實上就是開發到極致的軍用「機械外骨骼」,是結合了人工智慧與外部機械動力裝置的科技結晶,除了進行複雜的計算,也能彌補人類對於力量與移動方面的缺陷,並提供保護作用。

外骨骼將幫助士兵提升負重,同時維持一定行進速度。來源: https://pansci.asia/archives/15636
當然,現實中,人類的科技水平還沒有進展到如此先進的地步。
外骨骼在生物界泛指昆蟲、蝦、螃蟹等節肢動物體外堅韌的幾丁質,具有堅硬的外部結構,能保護生物柔軟的內部器官。而軍用外骨骼,更像是特製的「穿戴式設備」,主要發展方向有兩個:加強精細控制,或者增加力量。
為什麼需要軍用外骨骼?
在地面戰爭中,坦克、裝甲車扮演著極其重要的角色。然而,這類目標一旦被擊中而遭遇嚴重損會,便只能依靠步兵本身來進行後續作戰。相比於裝甲車,步兵顯然隱蔽性更高,但同時,視野卻也更加狹窄,彈藥攜帶能力與全速推進能力都明顯落後。這時,軍用外骨骼系統就能提供巨大幫助。
外骨骼在生物界泛指昆蟲、蝦、螃蟹等節肢動物體外堅韌的幾丁質,具有堅硬的外部結構,能保護生物柔軟的內部器官。而軍用外骨骼,更像是特製的「穿戴式設備」,主要發展方向有兩個:加強精細控制,或者增加力量。
為什麼需要軍用外骨骼?
在地面戰爭中,坦克、裝甲車扮演著極其重要的角色。然而,這類目標一旦被擊中而遭遇嚴重損會,便只能依靠步兵本身來進行後續作戰。相比於裝甲車,步兵顯然隱蔽性更高,但同時,視野卻也更加狹窄,彈藥攜帶能力與全速推進能力都明顯落後。這時,軍用外骨骼系統就能提供巨大幫助。

國軍已開發下肢版外骨骼動力服(如圖),今年起則將納入輔助肩、肘關節的全身版。(資料照,國防部提供)
只要有足夠電源,軍用外骨骼系統便能最大化軍人的生存能力,同時保留體力。除卻基本增加彈藥攜帶能力,並增加基本力氣外;軍用外骨骼系統一般會安裝GPS、夜視裝備,先進型號甚至可能具備移動傷患的功能。
倘若軍用外骨骼機器人技術成熟,步兵的作戰效能將成指數上升,超高移動性的步兵將再度在戰場中發揮巨大作用。另一方面,對於自然災害的救災,尤其在地震與颱風如此頻繁的台灣,軍用外骨骼對於傷患的移動、清理落石,挖掘塌坊的房屋都將起到巨大作用。
「國產」鋼鐵人裝
台灣軍備局自2020年開始,為期三年,共編列了1.49億元的預算用於研製外骨骼下肢系統。前後已開發「野戰型」下肢系統,現已有三套;以及「荷重型」下肢系統,現已有兩套。今年,國軍延續該計畫至2027年,預計投入1.37億元預算,開發野戰型全身動力外骨骼系統的開發。
野戰全身型動力外骨骼系統開發將大致分成三個階段:上肢機構開發與關鍵模組研製、非動力上肢外骨骼系統開發,以及非動力上肢與動力下肢的製作與組裝。
第一期「野戰型」外骨骼動力服僅有膝關節動力輔助,增加步兵野戰行軍與傷患背負的效;「荷重型」則新增髖關節動力輔助,幫助官兵有效執行砲彈搬運工作。第二期全身型將加入肩、肘關節,加強步兵對於重型武器與彈藥補給的效率,預計2027年獲得兩套原型。

世上第一套動力外骨骼──Hardiman(Mizen, 1971)
動力外骨骼研發困難重重
世界公認的第一套動力外骨骼是1965年由通用電力所開發的Hardiman,能輕易舉起破百公斤的物體,體感重量僅有5公斤左右。然而,Hardiman本身重達680公斤,依舊屬於實驗性質產物。
雖然Hardiman本身不算成功,卻意外開啟了日後包括工程、軍方和醫療多界對於外骨骼的研究。
近代,相對成功的外骨骼案例,包括由雷神在2010年所推出的XOS-2,能令使用者單手舉起近百公斤的啞鈴數百次而不感到疲憊,也能隨著人體腳步自然出拳,完成像是下拉、伏地挺身等動作。又或者是由洛克希德馬丁與柏克萊生化機械合作的HULC,省去了上肢的動力輸出,專注於腿部,可以獨立負載超過百公斤的裝備,使用者也能做出各式各樣的戰術動作,包括匍匐前進或者跪姿射擊。
世界公認的第一套動力外骨骼是1965年由通用電力所開發的Hardiman,能輕易舉起破百公斤的物體,體感重量僅有5公斤左右。然而,Hardiman本身重達680公斤,依舊屬於實驗性質產物。
雖然Hardiman本身不算成功,卻意外開啟了日後包括工程、軍方和醫療多界對於外骨骼的研究。
近代,相對成功的外骨骼案例,包括由雷神在2010年所推出的XOS-2,能令使用者單手舉起近百公斤的啞鈴數百次而不感到疲憊,也能隨著人體腳步自然出拳,完成像是下拉、伏地挺身等動作。又或者是由洛克希德馬丁與柏克萊生化機械合作的HULC,省去了上肢的動力輸出,專注於腿部,可以獨立負載超過百公斤的裝備,使用者也能做出各式各樣的戰術動作,包括匍匐前進或者跪姿射擊。

HULC 外骨骼系統。來源: http://photos.prnewswire.com/prnh/20110630/FL28804%20)
儘管如此,目前動力外骨骼仍面臨重量超載,續航能力過低的瓶頸。畢竟如果續航能力僅僅數小時,那麼外骨骼再怎麼強大,也將毫無用武之地。
結語:
軍用外骨骼是因應科技潮流誕生的產物,現今科技更迭迅速,機器人產業與人工智慧的快速發展,同時帶動了軍事武器開發的速率。軍用外骨骼除了能幫助士兵在陌生環境下,迅速了解周圍敵情與環境,也能減少軍事後勤所需要的大量人力,而這將重新定義陸軍對於人力的分配。
再者,外骨骼技術的發展亦能於產業結合,產生1+1>2的效果。儘管目前該領域未臻成熟,但明確的發展風向與光明的前景都是可預見的。
結語:
軍用外骨骼是因應科技潮流誕生的產物,現今科技更迭迅速,機器人產業與人工智慧的快速發展,同時帶動了軍事武器開發的速率。軍用外骨骼除了能幫助士兵在陌生環境下,迅速了解周圍敵情與環境,也能減少軍事後勤所需要的大量人力,而這將重新定義陸軍對於人力的分配。
再者,外骨骼技術的發展亦能於產業結合,產生1+1>2的效果。儘管目前該領域未臻成熟,但明確的發展風向與光明的前景都是可預見的。