他侃侃而谈,话题从工程学转到节能生物系统(用胡萝卜为动力的人!)他的健谈可能给人误导。实际上,他是个喜欢保密的人,很少接受媒体采访,甚至不愿意泄露他的年龄。参观的时候,他指着一个无人操作小型地面车辆(外骨骼腿部的一种新设计)兴奋地讲解起来。末了他叮嘱我不要在文章中提到这东西。我想他的顾虑可能因为好多个项目由军队资助,另一方面,他也像个不愿意透露太多秘密的魔术师。
萨科斯的研究项目———也包括假肢和纳米马达———似乎五花八门,毫无规律。但是,伊夫拉辛·加西亚说,正因为兴趣广博,使雅各布森成为接受外骨骼挑战的最理想人选。他在软件和机械工程方面都已证明自己的能力,更难得的是,他还能根据需要不断发明新东西。“他能自己设计传动装置;能设计控制系统;能设计一台机器和它的所有零件。”加西亚说。这样的全能天才绝对是设计XOS所需要的。
“设计像外骨骼一类东西时,”雅各布森说,“有25个亚系统,完成它们才能继续下一步。虽然两大主要设计目标是力量和耐力,但是,它还必须能干75样不同的事情。”在他设计的所有机器人中,XOS由于挑战最大,问题最多,显然是他最喜欢的作品,他视之为自己的“儿子”。“其他的都没有如此宏伟的目标。其他的都不需要如此完备独立的系统,不需要达到这样的力量、速度、耐力和灵敏度。
外骨骼的诞生
2000年,萨科斯申请Darpa投资。雅各布森认为他找到了Darpa悬赏解决问题的答案。这个问题是如何让操作者与机器人互动。为证实自己的直觉,雅各布森请公司摄影师乔恩·普莱斯和他的女儿一起帮他做个实验。
这个实验让普莱斯扮演外骨骼,他的女儿扮演内部操作者。她背对父亲,站到他脚上,她的脚趾压在他的脚趾上。他们握着手帮助平衡。她开始朝前行走。普莱斯的任务就是和女儿保持同步,让自己的脚始终保持在她脚下。几分钟后,他们的行动宛如一人。他女儿完全掌握决策———走多快,什么时候转弯———普莱斯只是一步一步地努力模仿她。
该演示向雅各布森证明,只需要几个接触点———比如脚和手———一台聪明的机器就能明白绑在它身上的操作者的动作意图,并配合行动。理论虽然简单,实践却相当困难。在完成XOS的过程中,雅各布森和他的小组重新设计了微型传动装置,改进了压力感应器,发明了更高效的液压阀门,甚至设计了机器人的铝脚板。但是,被设计者叫做“扫清道路”的控制系统才是把所有零件整合一体的关键,是把他设计的又一个机器人提升到“超人外衣”的核心。曾亲身试穿XOS的奥布瑟克完全赞同:“稍微负重,人体就很容易疲劳。”但是,XOS的控制系统让人体负担减轻到接近零。
正是这个控制系统使演示操作员詹姆森能连续50次举起200磅杠铃,心率却不加快。当他从架子上拉下杠铃时,手上的感应器立刻检测到扭矩的变化。假如没有外骨骼帮助,感应器将显示,他每只手试图拉下100磅重量。但是,雅各布森解释说,该系统的目标是让这些感应器感受的压力接近于零,如此才能让XOS发挥作用。
那些手上的感应器以每秒几百次甚至几千次的速度把测量到的数据传给中央处理器。这一系统把数据输入一系列计算外骨骼手臂、腿和背部方位和运动的公式。最终认识到詹姆森想要把手放下,计算出要模仿他的动作,每个关节内的每条人工肌肉需要如何运动。詹姆森从未感到一点儿负担,因为在他真正用力前,系统已经指挥机械手臂代为拿下杠铃。在举动练习后,他卸下XOS,毫无喘气迹象。我问他感觉如何。“很好,”他说着耸了耸肩。
詹姆森演示的XOS大约是第4版。雅各布森带我参观一个房间,里面,前3套机械外衣原型像木偶一样挂在架子上。让我立刻联想到铁人的“装甲厅”———斯塔克保管他的铁甲衣的房间。第一件机械衣建造于2002年,没有动力。萨科斯小组建造它的目的,是证明外骨骼能像人体一样自如行动。雅各布森把一名工程师绑在衣服内,让他尝试各种复杂动作,比如踢球、跑步、爬进汽车驾驶室。通过这一系列实验,他们证实在恰当的地方采用了恰当关节。