第7章 超能力装备

我在最热衷看漫画时，并没有成为漫威漫画的粉丝。在那时候的英国，漫画被视为幼儿读物，而当时已经10岁的我对蜘蛛侠已提不起兴趣。我更喜欢侦探漫画公司的作品，那里面的世界非黑即白，情节也更直接。超人率真的处世哲学比起漫威的复仇者联盟的意气用事对我来说更容易理解。在蝙蝠侠内心的黑暗面被激发之前，他是我最喜欢的角色。部分原因在于，他其实就是个普通人——不需要特别的能力，这让模仿蝙蝠侠变得更可行，而且孩子们都一门心思地想拥有他的多功能腰带。

正因为如此，我直到最近才开始关注钢铁侠。当然，就像本书第5章的那些机器人一样，托尼·斯塔克穿上战袍就会获得不同寻常的力量。然而，钢铁侠最令人称奇的技能其实是人类梦寐以求的飞行能力。漫画里的科技，平心而论，不像小说里的那么富有想象力。这并不出人意料，漫画受篇幅所限，是不能展开描写科学主题的。但是钢铁侠完美契合了人类的想象，再加上他的铠甲经常出故障，所以他更像真正的人类。（我们要忽略电影里飞快的换装过程，这完全是幻想。）

就像其他一些经典的科幻题材作品一样，人类有关飞行的梦想可以追溯到古希腊的代达罗斯和伊卡洛斯的故事。代达罗斯帮助阿里阿德涅指引忒修斯从关着牛头人身怪物的迷宫中走出来，之后，这对父子尝试从克里特岛逃出来。传说中，这对父子制造翅膀的材料是蜡和羽毛，也就是说用蜡直接将羽毛固定在飞行者的胳膊上。伊卡洛斯没有听从父亲的建议，他飞得离太阳太近，导致蜡熔化了，最终坠海而死。

其实这更像一个寓言故事，而不是一个可行的飞行方法。古希腊人没有意识到鸟并不是动物飞行的最佳模型（即便他们有幻想飞马的癖好）。他们按照鸟的比例为人或者马安上翅膀，但他们不知道鸟类的体重相对于它们的体积来说非常轻，它们有如赛车设计师一般的技巧，可以利用骨头的中空来减重。另外，鸟类翅膀的肌肉能产生人类胳膊无法产生的力，所以鸟类翅膀的结构不能应用于人类。但这一切并没有阻止人类按照这个思路进行尝试。

模仿的关键在于，鸟类扇动翅膀的时候可以产生足够大的浮力。但有些鸟类的模型则完全不同。老鹰张着翅膀在天空中盘旋，而且翅膀基本不扇动。老鹰利用了人类不能运用的上升气流，帮助它们飞翔。我们也许太重了，但是我们可以在更坚固的滑翔机上安装更大的机翼，产生更大的浮力。也许我们无法拥有像钢铁侠那样精密调控的装备，但我们也许能成为仪表堂堂的人形老鹰。

从中世纪开始，很多人都想借助临时的翅膀从高楼上飞下来。有些人试图像扇动翅膀那样扇动胳膊，但这无疑会酿成悲剧；另一些人则尝试更简单的刚性翼滑翔。从公元前5世纪开始，人类就成功制造出类似风筝的简易飞行装置。同时，各种源自坊间的飞行故事传播开来，其中有一个故事似乎是真实的，主人公是住在英格兰马姆斯伯里修道院的本笃会修士艾尔默。

传说中，艾尔默曾在自己的胳膊上绑上翅膀，在脚上绑个尾巴来增强稳定性。他从塔顶一跃而下——也许就是他居住过的马姆斯伯里修道院，飞行了大约200米（660英尺），这意味着他在空中大约待了15秒。20世纪初期的有关证据表明他当时惊慌失措，以致失去控制，坠地时摔断了双腿。但是，他做到了像鸟一样飞行。

毋庸置疑的是，还有一些其他的飞行尝试。众所周知，人类使用翅膀飞行的重大突破是19世纪初期英国工程师乔治·凯莱设计出的载人滑翔机，它包含现在固定翼飞机的一切基本要素。他开始时让小男孩尝试飞行，后来才把正常身高的成人送上天空。现在，翼装飞行为个人提供了单独滑翔的经历，让我们更接近梦想中的独立飞翔。但是作为一种娱乐设备，翼服不具备钢铁侠战衣的悬停能力和机动性。为了完善这些性能，我们需要看一下火箭背包飞行器的发展历程。

除了宇宙飞船和射线枪，可能没有比火箭背包和喷气背包更典型的科幻元素了（在浮夸的电影科幻而不是老派的文学科幻中）。钢铁侠穿上战袍后在高楼间盘旋，在天空中翱翔，这和超人令人称奇的超能力遥相呼应。《黑客帝国》的最终决战情节让观众会心一笑，男主人公尼奥可以不受常规飞行工具的约束，自由翱翔于天际，但它少了一点儿原创性。

火箭背包绝非不借助科技，而只是不借助翅膀或者设备，以站姿直接飞入天空，并且会给人自由飞翔的感觉。火箭背包是巴克·罗杰斯的各种化身的核心装备，是杰森一家的交通工具，是007系列电影《雷霆万钧》中邦德的有力装备。钢铁侠的盔甲也许90%是幻想，但是火箭背包确实能让我们飞起来。火箭背包的魅力让伟大的科幻作家艾萨克·阿西莫夫在1965年做出大胆预测，在1990年火箭背包将成为常见的通勤工具。当然，军方也对类似的可以快速派兵遣将的装备非常感兴趣。

虽然也有更早的尝试，但第一个有详细记录的火箭背包出现在20世纪50年代初期。工程师托马斯·莫尔制造了“喷气背包”的原型，在位于亚拉巴马州的军事基地红石兵工厂进行测试（据称这个项目得到了设计V–2导弹和美国国家航空航天局早期火箭的冯·布劳恩的大力支持），25 000美元的经费在未取得任何进展的情况下就已经花光了。火箭建造公司锡奥科尔在试图制造用氮气作为助力的“跳跃背包”时也遇到了相似的情况，以致军方对这个项目失去兴趣的同时也断了其经费来源。

研发出第一架超声速飞机X–1的贝尔飞机公司却在这个项目上获得了更大的成功，该公司的工程师温德尔·莫尔（据我所知，虽然姓氏一样，但是温德尔·莫尔和托马斯·莫尔并没有亲属关系）制造出了小型火箭推进器。它们被装在X–1飞机机翼的顶端，在高海拔的地方能使飞机得到更好的控制。莫尔推断，这样的推进器可以让人类“像巴克·罗杰斯一样飞”。于是，他建造了一个严谨的刚性结构，称之为小型火箭升降装置。和锡奥科尔公司的原型类似，这个装置用压缩氮气作为助力。在测试中，该装置平稳地离地大约15英尺高。

1960年，军方的兴趣和经费又回来了，这让莫尔有条件重新设计他新命名的“火箭背包”。除了压缩气体的概念可以成功运用于火箭背包，还有一些其他可提供持续能量的物质需要加到设计中。莫尔用了化学式和水类似的过氧化氢（H2O2），这种物质常见于染发剂中。过氧化氢的结构不太稳定，易分解成为水和氧气，并释放热量。火箭背包中的过氧化物被催化剂银转化为高压蒸汽，从火箭的喷嘴中喷出作为动力。

第一次真正的自由飞行发生在1961年4月20日，年轻的工程师哈罗德·格雷厄姆绑着火箭背包从纽约州布法罗尼亚加拉瀑布起飞。这次飞行持续了13秒（时长和马姆斯伯里修道院的艾尔默的飞行类似），离地18英寸高，滑翔了112英尺。这项科技的进展很快，有了一系列成果：实现离地15英尺的飞行，向时任总统约翰·肯尼迪示范，关注度与日俱增。贝尔飞机公司大力宣传火箭背包，广告攻势凶猛。

尽管偶尔会发生事故，比如哈罗德·格雷厄姆从22英尺高的地方摔下来后决定不再使用火箭背包，但贝尔飞机公司依然在不断壮大。为了证明火箭背包不是只适用于经验丰富的工程师和飞行员，贝尔飞机公司找到了曾经为温德尔·莫尔割草的19岁学生威廉·苏伊特。贝尔飞机公司对他进行培训，以便把火箭背包介绍给全世界的普通消费者。在1964年纽约世界博览会上做了一系列成功的展示后，007系列电影的制作方和贝尔飞机公司取得联系。为了拍摄最新的007系列电影，他们需要一些新颖、酷炫、有前瞻性的科技手段。在《雷霆万钧》中，邦德利用火箭背包成功地在他的对手面前逃走，苏伊特和另一位贝尔飞机公司的飞行测试员戈登·耶格担任了男主角的扮演者肖恩·康纳利在火箭背包场景中的替身。电影中的火箭背包确实是点睛之笔，但有很多观众都以为火箭背包只是特技效果。

虽然贝尔飞机公司做了许多飞行测试，但军方还是渐渐丧失了兴趣，战地实操进展缓慢。火箭背包只能继续作为宣传噱头或者娱乐设备，在1984年洛杉矶奥运会上，当时已经是退伍老兵的苏伊特再次穿着火箭背包起飞。基本上，火箭背包的技术从20世纪60年代到现在都没什么进展。火箭背包的难题不在于稳定性，两轮的电动平衡车通过电力让骑行者保持平衡的原理同样适用于火箭背包。真正无法解决的问题是续航时间。燃料很重，所以每个飞行员能携带的燃料都是有限的，不能随心所欲地飞行。钢铁侠解决这个问题的办法是他胸口的那个魔法般的微型反应堆；而在现实世界中，火箭背包需要能源。现在的能源只能让飞行持续一两分钟，正因如此，火箭背包不能帮你飞过堵塞的路段。

进展更明显的则是飞车。虽然和火箭背包类似，飞车也经历了漫长的实验过程，且最终目标尚未达成，但飞车技术已经接近市场化了。然而，飞车的问题是，除非飞车可以完全自动飞行，否则很难想象城市上空满是飞车的场景。从我们的角度来看，飞车其实就是一种轻型飞机，不能产生“飞行的人”的感觉。我们再仔细看看钢铁侠的另一个重要装备——他的铠甲让他更有力量、速度更快，这比火箭背包更接近现实。

特别的装备可以让我们走得更快，比如欧洲民间传说中的七里格靴。七里格靴的概念非常简单，但它的原理却从未有人解释过。人的正常步幅大约是1码[1]，穿上这双神奇的靴子之后，你的步幅就变成7里格。1里格的通常定义为3英里，7里格意味着你每步可以走21英里。如果你以一秒钟一步的速度往前走，那么你一个小时大约可以走7.5万英里。如果忽略不能步行通过的大海，用不了20分钟你就能绕地球一圈。当然，因为你已达到超声速（声音一小时大约可传播700英里），所以你所经之处会形成超声波。（这一切的前提是你每步能走21英里。我从未弄清楚这一步是怎么实现的，也许你是在做每下21英里的大跳。）

也许七里格靴只是一种幻想，但是使用装有弹簧的“弹跳高跷”确实可以增大步幅。弹跳高跷也叫作“能量靴”、“弹跳鞋”、“跳极”，它能让使用者离地6英尺高，步幅达9英尺。它虽不是严格意义上的“七里格靴”，但确实远超正常人的步幅。使用弹跳高跷需要一段适应期，专业使用者可以利用它完成常人无法完成的体操动作。事实上，这些工具模仿了袋鼠的弹跳。袋鼠弹跳消耗的能量比它从食物中摄入的能量要多，这件事一度让动物学家疑惑不解。真正的原因在于，袋鼠的腿可以在弹跳落地时吸收能量、再次利用，这和弹跳高跷的原理一样。

一个名叫“应用移动”的公司让弹跳高跷的发展更进一步（真的是更进一步）。“弹簧步行者”的原始版本，即被厂商称作“身体增强器”的产品，由人的腿和胳膊驱动，但终极目标是开发出外部供电版本。虽然这个产品多年前就承诺上市，但直到本书成书之际，依然没有太大的进展。就像弹跳高跷一样，“弹簧步行者”让携带它的人行动更快，外部供电版本也应该有类似的效果。而且，这些设备不会像车辆一样视障碍物和不平的地面为大问题。

“弹簧步行者”之类的设备非常接近科幻作品里的“军用外骨骼”，这种巨大的人形机器会模仿驾驶者的行为。也许是受到赫伯特·乔治·威尔斯在《世界大战》中描绘的战斗力超群的火星人的杀戮机器的启发，外骨骼的常见样式是游戏《重装机甲》（Heavy Gear）和《机甲战士》（MechWarrior）里的铠甲，或者是电影《黑客帝国》里的战斗机器。套在生物身上的外骨骼概念已经深入人心，就像某些动物的骨骼长在身体的外面一样，而不像人类的骨骼长在身体里面。从蚂蚁到龙虾，地球上的很多东西都有外骨骼。

军用外骨骼已经和很多其他科幻作品中的物件一起进入真实世界了，从纸上的梦想转变为实际的应用。美国国防部高级研究计划局于1958年成立，作为美国对苏联发射人造卫星的回应举措。这个机构的初衷是超越“弹簧步行者”，不用孱弱的弹簧让人类的步幅增大，而是用超强的动力突破人类身体的极限。它斥资数百万美元实施“人力增强外骨骼”项目，来制造适用于战场的铠甲。

该机构设想给人类制造可以通过外接能量来增加力量和速度的金属骨架。与人和机器的混合体生化人并不相同，它是一件动力外套，是科幻小说中大型机甲的轻量级版本。相较人形机器人，外骨骼的功能比较容易实现（利用液压系统、陀螺仪以及计算机电源来控制和保持平衡）。该机构确实成功制造出了外骨骼模型，其最终目标是尽可能地效仿人类的身体动作和能力，但力量和速度都远超普通人。最高级的模型会借助液压系统，用液体连接来提升力量和速度。

最简单的液压系统是于19世纪首次使用的水利仪器液压机。该系统的工作原理是封闭气缸里的液体由两个表面积不同的活塞推动，一个表面积小，另一个表面积大。推动小活塞会对大活塞产生压力，也就是说推进小活塞会使大活塞被推出。因为液体的体积一定，大活塞的运动速度比小活塞慢，大活塞会受到更大的压强，所以小活塞受到的较小的力会转化为大活塞受到的较大的力（大活塞的工作距离小于小活塞）。这其实就是液体版本的齿轮原理。

类似的系统可以把人力转化为更大的力量，但在外骨骼模型中，外接能量更可能是电能或内燃机产生的热能。电能的方案更灵活，也更吸引人，人们都极力避免在外骨骼上使用燃油引擎，但是电池技术可能会成为外骨骼功能的限制因素，就像现在市面上的那些电动汽车一样。

在战场上中途没电的外骨骼肯定不会受人欢迎。美国国防部高级研究计划局的目标是，“通过发展和人体完全契合的外骨骼系统提升士兵的速度、力量和耐力，从而强化士兵们在战争环境中的负重（盔甲、武器装备和物资）能力”。终极想法是，制造出能适应不同环境、满足各种需求任务导向的全副武装的外骨骼工具包。在外骨骼发挥作用的时候，操作者可以自由活动、无拘无束，也不会有额外的负担，因为外骨骼会帮助他们负重。

最早的外骨骼样本来自加州大学伯克利分校。2004年，该校的机器人与人类工程实验室对外发布了伯克利下肢外骨骼，这是一双由外接能量驱动的连接着背包的金属绑腿，可帮助人们在长距离步行过程中携带重物。最初版本自重100磅[2]，拥有70磅的负重能力，但使用者的体感重量不超过5磅。经过若干年的发展，这个负重工具的设想似乎被更精巧的产品取代了。

其中之一是战术突击轻型操作服。它是针对特种作战司令部的特殊设计，正处于设计提案阶段，预计5年内产品可上线。这种产品的功能和老式的沉重盔甲类似，防弹、方便携带武器、增加力量，但是产品更轻、更便携。与此同时，美国国防部高级研究计划局也在研究软质材料，研发一种叫作“战士网”的装备，这项产品利用特殊材料减少士兵的疲惫感和受伤的可能，而不是使其拥有超人的能力。

虽然有科幻意味的军用外骨骼总能吸引眼球，但是软质外骨骼确实有可能帮助那些行动困难的人。2006年，松下公司对外发布了用压缩空气驱动的能量夹克，这个产品可以帮助半瘫痪的病人增强胳膊肌肉的力量，从而加速康复。相较军用外骨骼，能量夹克非常轻，大约只有4磅。虽然能量夹克需要外接压缩空气的驱动，而且它只是康复训练仪器，而不是每日的必需品，但它已经证明了类似科技在医疗应用上的潜力。

和军方不同，筑波大学教授山海嘉之，以及大和房屋工业公司和日本赛百达因株式会社已经把外骨骼变成了实际的商品。该商品于2013年开始销售，虽然晚于原计划的2008年，但“机器人服装HAL”（混合辅助肢体的缩写）能为身体残疾的人提供可穿戴的支撑。在本书成书之际，上百件服装已经投入使用；2014年，该服装的进阶版本投入使用，大大提高了建筑工人的力量。进阶版本相较原始版本的一项新颖设计是，皮肤上的传感器可以收集神经系统发来的信号并传递给肌肉，从而调整设备。科幻作品中的外骨骼一般是对携带者自身的运动做出反应，但在医疗应用中，外骨骼需要在携带者无法正常行动时起到帮助作用。

笨重、占用空间是用电动发动机、液压器或压缩空气来增强人体力量的潜在问题。松下公司的夹克可能自重比较轻，但有很多管子从夹克里延伸出来，而且这些管子要连接到一个较大的泵上；而机器人服装HAL则只需要一个22磅重的电池。位于理查森的得克萨斯大学达拉斯分校的研究人员尝试用不同的方法来设计人工肌肉。

两个版本的人工肌肉已经问世，它们比人类的肌肉要强劲100倍。一个版本的人工肌肉以酒精作为燃料。这种“肌肉”是被特殊材质包裹的导线，可以让燃料无焰燃烧，加热导线，继而使“肌肉”收缩，产生拉力。另一个版本的人工肌肉——碳纳米管非常强韧，在这些细细的管子中，碳原子呈晶体形式分布，通电时管子会变形。催化剂帮助氧气和燃料相互作用产生电子，所以碳纳米管“肌肉”无须电池就可以工作。这两种人工肌肉的巧妙设计都在于收缩装置和能量来源合二为一，所以这些人工肌肉比外骨骼更紧凑，也更节省空间。

很显然，在医疗应用中，外骨骼能在人体外提供支撑；但是在军事应用中，人们意识到人为操控装置并不会增加很大的优势，所以有可能不再继续使用依附人体的重型装备。虽然未来世界的战争机器不一定是机器人，但也许会是有人遥控的无人机的陆地版本。如果动力装置可以单独行动，为什么要把人置于危险的境地呢？但不管这些装备会以什么方式被人类操控，不同种类的外骨骼无疑会在军事和民用领域继续发展。

钢铁侠手套上的射线枪和他的飞行能力一样神奇。早在托尼·斯塔克出现之前，死光、射线枪和相位枪就已经是科幻作品中的常见武器了，是时候聊聊它们了。

[1] 1码≈0.9米。——编者注

[2] 1磅≈0.45千克。——编者注