让外骨骼替你负重前行

2021-04-09华庆富

科学大众 2021年5期

■ 文/华庆富

成年人的身体有206块骨骼，我们的一举一动在很大程度上都依赖这些结构精巧、运转自如的骨骼。不过，我们人类的骨骼都是包藏在毛发、皮肤和肌肉深处的，它们在人眼看不见的地方借助神经系统和肌肉组织的拉动，强力地支撑着我们的身体，让我们能屈能伸，顶天立地。

外骨骼，同学们可能对这个词有点陌生。不过，望文生义，是不是指骨骼长在身体的外面呢？就是这么回事，我们人类这一类具有皮毛的生物的骨骼可以叫作内骨骼。不过，具有外骨骼的生物，同学们见过的也不少。

甲壳类生物

节肢生物

有趣的外骨骼

都有哪些生物长着外骨骼呢？在自然状态下，外骨骼生物包括有硬壳或“皮”的昆虫（如甲虫、蟑螂）和甲壳类动物（虾、蟹）。外骨骼生物体表覆盖着的坚硬体壁由3部分组成：表皮细胞层、基膜和角质层。表皮细胞层由一层活细胞组成，它向内分泌形成一层薄膜，叫作基膜，向外分泌形成厚的角质层。角质层除了能防止体内水分蒸发和保护内部构造外，还能与内壁所附着的肌肉共同完成各种运动，跟脊椎动物体内的骨骼有相似的作用，因此被叫作外骨骼。甲壳动物的外骨骼还含有大量钙质，昆虫的却几乎无钙质。

自然界的生物都是经过长期进化而来的，这些与我们人类为代表的内骨骼迥异的外骨骼造型，区别在哪里呢？内骨骼与外骨骼的关键区别在于保障。昆虫和螃蟹的外骨骼是充当盔甲的器官，它也为生物提供了一个框架或结构。在某种程度上，骑士的全金属盔甲可称作一种外骨骼，因为它提供了一个硬壳或皮肤，在战斗中保护骑士。航天服和深海潜水的外穿装备也算是外骨骼，因为它们在极其恶劣的外部条件下帮助人体正常工作。

深海常压潜水服

受启发研制“超级装备”

人类非常善于学习模仿并创新，外骨骼又让我们学到了什么？以此为参考，科学家又鼓捣出了什么呢？答案是让你惊喜的！科学家对外骨骼的研究和应用进行了更加广阔的拓展。外骨骼被更多地联系到“超级装备”，或用于扩充、增强一个人生理机能的系统。它们可帮助人举起或携带较重的负荷，跑得更快，跳得更高。

比如，在军事上，外骨骼将帮助战士更好地进行战斗，因为战士可以得到更好的保护，携带更多的武器和装备，并具有比正常人更强的体能。中国单兵外骨骼系统已经开发成功，还可根据需要加装辅助装置。该装备额定负荷平均平地步速为每小时4.5千米，平地行走续航里程为20千米。该新型外骨骼系统已经进行到装备部队的阶段，可执行高原单兵巡逻、山地单兵巡逻、跨越障碍等任务。我国边防部队于2020年底在海拔5 000米的西藏阿里地区的实际使用中发现，单兵外骨骼装备可显著提高高原部队的单兵负重，提升单兵侦察能力。

在医疗康复方面，外骨骼通常由金属或碳纤维等材料制成，它可以像衣服一样穿戴在身体表面，能增强人体行动能力、减轻负重，可以帮助患有多发性硬化症、严重关节炎等疾病的群体克服行动困难。特别是对于一些失能老人而言，外骨骼的意义很重大。在它的帮助下，残疾人和老年人完全可以行动自如地进行日常生活中的散步、爬楼梯、负载等动作。

外骨骼的功能如此强大，应用前景如此广阔，也引起了全世界科学家的兴趣，各国纷纷组织了大量的科技精英加快研发，可穿戴的外骨骼装备、能跑会跳的外骨骼机器人纷纷走进我们的视野。

随着外骨骼装备研究开发的推进，它们必将日臻完美。有一天，当你看到老人穿着这些外骨骼装备在公园愉快地打着太极时，当你看到外骨骼机器人抱着你的快递健步如飞地向你跑来时，可千万不要觉得奇怪，因为这就是科技的力量，也是科技造福人类的宗旨体现。