外骨骼

外骨骼是一種能夠提供對生物柔軟內部器官進行構型，建築和保護的堅硬的外部結構。

一般是把蝦、蟹、昆蟲等節肢動物體表堅韌的幾丁質的骨骼稱為外骨骼，它有保護和支持作用。有時也指軟體動物的貝殼和棘皮動物石灰質的板和棘。

基本介紹

• 中文名：外骨骼
• 外文名：The exoskeleton
• 性質：一種外部結構
• 作用：保護和支持作用

主要組成

節肢動物的體表覆蓋著堅硬的體壁。體壁由三部分組成：表皮細胞層，基膜和角質層。表皮細胞層由一層活細胞組成，它向內分泌形成一層薄膜，叫做基膜，向外分泌形成厚的角質層。

角質膜主要由幾丁質（甲殼質）和蛋白質組成，前者為含氮的多糖類化合物，是外骨骼的主要成分，而後者大部分為節肢蛋白。甲殼動物的外骨骼還含有大量鈣質，昆蟲的卻幾乎無鈣質。

角質層除了能防止體內水分蒸發和保護內部構造外，還能與內壁所附著的肌肉共同完成各種運動，跟脊椎動物體內的骨骼有相似的作用，因此被叫做外骨骼。

外骨骼，在自然狀態，是指以硬殼或'皮'的昆蟲（如甲蟲，蟑螂）和甲殼類動物（蝦，蟹） 。

這是不同於鳥類和其它動物（包括人類）的。凡具有皮毛的都屬於內骨骼。

主要功能

內骨骼與外骨骼的關鍵的區別在於保障。昆蟲和螃蟹中的外骨骼是充當盔甲的器官。它也為生物提供了一個框架或結構。在某種程度上，騎士的全金屬盔甲，可稱作一種外骨骼，因為它提供了一個硬殼或皮膚，在戰鬥中保護騎士。航天服和深海潛水的" JIMM "裝也算是外骨骼，因為它們在極其惡劣的外部條件條件下幫助人體正常工作，

然而，科學家們對這方面進行了更加廣闊的拓展。 外骨骼，現在被更多的聯繫到" 超級裝 "或用於擴充或增強一個人的生理機能的系統。他們幫助一個人舉起或攜帶較重的負荷，跑的更快，跳的更高。

在軍事上，外骨骼將幫助戰士更好地進行戰鬥，因為他可以得到更好的保護，攜帶更多的武器和裝備，並具有比正常人更強的體能。

外骨骼技術定義：外骨骼技術可以增強人體行動能力、減輕負重，通常由金屬或碳纖維等材料製成，最初旨在幫助患有多發性硬化症、嚴重關節炎等疾病的群體克服行動困難

有關實驗

發展人體外骨骼的挑戰

儘管外骨骼的概念在美國科幻電影中出現已有數十年的歷史，但鑒於基礎技術的限制，它從來就不是一個實踐性的概念。

能量供應是一個主要阻礙。 人體外骨骼的能量源必須是可移動的，並且能夠為穿衣者所分派的任務來提供足夠的能量。能量源也不應在任務進行中出現衰減。

美軍實用的外骨骼助力機器人

運動是另一個問題。人體可以走路，奔跑，及向前後任意彎曲。這些複雜的運動都已被證明是難以被機械所模擬的。

人體外骨骼試驗

在2001年，美國國防部高級研究計畫局（ DARPA ）決心要克服外骨骼的發展上的技術問題。 DARPA的撥出5000萬美元用於為期5年的的用以軍事用途的外骨骼項目開發工作。

日本公司也一直在努力以商業用途開發外骨骼，特別是幫助殘疾人和老年人進行日常生活和生活（散步，爬樓梯，負載等）。

實驗狀態下的外骨骼機器人

雙方在外骨骼方面發展的努力被認為是成功的。報導稱由DARPA的資助的美國加州大學伯克利分校的項目，以及在在鹽湖城的sarcos研究公司已做好該領域演示的準備。日本則擁有HAL - 5 （第五代外骨骼系統，叫混合肢體輔助系統或HAL）。該系統是一個全身套裝，目的是對肌肉萎縮或腦或脊髓功能損傷的人們在無人力援助的情況下進行協助。

這些發展正在緩慢地解決著多年來那些讓外骨骼只能停留在畫板上的障礙。

遲早，外骨骼會真正進入實用領域的。

軍事套用

從2000年開始，美軍開始從事“增強人體機能的外骨骼”(EHPA)項目的研究，計畫研製一種機器骨骼，提高人的軍事作戰方面的能力，計畫在2005年開始進行樣品試驗。未來士兵佩戴外骨骼機器人後，將成為一名超級士兵，擁有無窮的力量，可攜載更多的武器裝備，火力威力增強，防護水平提高，同時可克服任何障礙，高速前進，不會產生疲勞感。

機器外骨骼

1. 賽百達因Hal-5 日本科技公司“賽百達因”(Cyberdyne)研製的HAL-5是一款半機器人，擁有自我拓展和改進功能。它裝有主動控制系統，肌肉通過運動神經元獲取來自大腦的神經信號，進而移動肌與骨骼系統。HAL（混合輔助肢體的英文縮寫）可以探測到皮膚表面非常微弱的信號。動力裝置根據接收的信號控制肌肉運動。 　HAL-5是一款可以穿在身上的機器人，高1600毫米，重23公斤，利用充電電池(交流電100V)驅動，工作時間可達到近2小時40分鐘。HAL-5可以幫助佩戴者完成站立、步行、攀爬、抓握、舉重物等動作，日常生活中的一切活動幾乎都可以藉助HAL-5完成。HAL-5裝有混合控制系統，無論是室內還是戶外均有不錯表現。	賽百達因Hal-5
2. 救援機器人T52 Enryu 　T52 Enryu是機器人家族的一個大塊頭，重量近5噸，身高達到3米。它非常強勁，可以幫助救援人員清理路面上的碎片。T52 Enryu可以在任何災害的救援工作中派上用場，例如地震。它靠液壓驅動，也被稱之為“超級救援機器人”，能夠舉起重量近1噸的重物，機械臂則可以完成所有類型的動作。T52 Enryu由日本公司Tmsuk 於1994年3月設計，而後在長岡技術科學大學接受測試。測試中，它成功從雪堆上舉起一輛汽車。	救援機器人T52 Enryu
3. 松下充氣式外骨骼; 松下充氣式外骨骼在設計上用於幫助癱瘓患者。它的肘部和腕部裝有感測器，允許手臂控制8塊人造肌肉。人造肌肉內裝有壓縮空氣，用於擠壓癱瘓部位。	松下充氣式外骨骼
4. 伯克利·布里克外骨骼; 伯克利·布里克外骨骼由美國國防高級研究計畫局(DARPA)設計，致力於幫助士兵、營救人員、野火消防員以及其他所有應急人員的Bleex計畫為設計提供資金支持。設計伯克利·布里克外骨骼的目的就是幫助這些人員輕鬆攜帶各種裝備。	伯克利·布里克外骨骼
5. 機甲外骨骼; 機甲外骨骼是科幻小說中經常出現的機甲的一種複製品，高度達到18英尺（約合5.48米），由美國阿拉斯加州的工程師卡洛斯·歐文斯發明。機甲外骨骼實際上是一種步行機，由裡面的駕駛員操控。它的外形與人類似，正如科幻小說中所描述的那樣，它也擁有一身好拳腳和劍術。	機甲外骨骼
6. Stelarc外骨骼; Stelarc外骨骼是一款肌肉機器人，外形與蜘蛛人類似，長有6條腿，直徑達到5米。它是一種混合人機，充氣和放氣之後便可膨脹和收縮，與其他外骨骼相比具有更高的靈活性。使用時，操作人員需站在中間，控制機器朝著面部方向移動。Stelarc外骨骼由流體肌肉傳動裝置驅動，裝有大量感測器。	Stelarc外骨骼
7. 腦控外骨骼系統; 這種外骨骼能夠實現骨骼、肌肉與神經系統之間的互動作用。所有骨骼和肌肉都由大腦直接控制。腦控外骨骼系統由美國密西根州大學的神經力學試驗室設計。	腦控外骨骼系統
8. Springwalker外骨骼; Springwalker外骨骼能夠像所有動物一樣奔跑跳躍。藉助於這種外骨骼，佩戴者的奔跑速度最快可達到每小時35英里（約合56公里），跳躍高度可達到5英尺（約合1.52米）。	Springwalker外骨骼
9. 被謀殺教授步行輔助設備; 這款步行輔助設備用於幫助少肌症患者恢復身體機能。少肌症可導致患者骨骼肌流失。之所以起“被謀殺教授”這個名字是因為這款步行輔助設備由美國維吉尼亞理工大學被人槍殺的凱文·格拉納塔教授研製。格拉納塔早已經離開人世，但他研製的步行輔助外骨骼卻仍在幫助著很多患者。	被謀殺教授步行輔助設備
10. 引力平衡腿部矯形器; 引力平衡腿部矯形器在設計上用於幫助佩戴者在不受引力影響下走路。由於消除了引力影響，這也就意味著輕偏癱患者在這種矯形器幫助下可以很容易行走。藉助於這種設備，輕偏癱患者可以重獲力量和控制能力。這種矯形器由美國德拉瓦州大學研製，可以進行調節，能夠在腿部移動和引力之間實現一種平衡。	引力平衡腿部矯形器