体重を前方に運ぶ：外骨格装置の魔法の機能

通常の成人の体には 206 個の骨があり、私たちのあらゆる動きは、洗練された構造とスムーズな機能を持つこれらの骨に大きく依存しています。しかし、人間の骨は髪の毛、皮膚、筋肉の奥深くに隠れています。人間の目には見えない部分で、神経系と筋肉組織の引力を利用して体を強く支え、曲げたり伸ばしたり直立したりできるようにしています。

機械式外骨格、または動力付き外骨格は、人が身に着けることができ、手足の動きに追加のエネルギーを供給することができる、鋼鉄のフレームで作られた機械装置です。この「スーツ」があれば、人間はいわゆる「アイアンマン」になれる。

外骨格というのは、その名の通り、骨が体の外で成長するということでしょうか？確かにその通りです。私たち人間のような毛皮で覆われた生き物の骨格は、内骨格と呼ぶことができます。しかし、生徒たちは外骨格を持つ多くの生物を見てきました。

外骨格を持つ生物にはどのようなものがありますか？自然の状態では、外骨格には硬い殻または「皮膚」を持つ昆虫（カブトムシやゴキブリなど）や甲殻類（エビやカニなど）が含まれます。外骨格生物の表面を覆う硬い体壁は、表皮細胞層、基底膜、角質層の 3 つの部分で構成されています。表皮細胞層は生きた細胞の層で構成されており、内側には基底膜と呼ばれる薄い膜を分泌し、外側には厚い角質層を分泌します。角質層は体内の水分の蒸発を防ぎ、内部構造を保護するほか、内壁に付着した筋肉と連携してさまざまな動きをします。脊椎動物の骨と似た機能を持つため、外骨格と呼ばれます。甲殻類の外骨格にもカルシウムが多く含まれていますが、昆虫の外骨格にはほとんどカルシウムが含まれていません。

自然界の生物はすべて長い時間をかけて進化してきました。人間に代表される内骨格とは非常に異なるこれらの外骨格の違いは何でしょうか?内骨格と外骨格の主な違いはセキュリティです。昆虫やカニの外骨格は、鎧として機能し、生物の骨組みや構造を提供する器官です。ある意味では、騎士の完全な金属製の鎧は、戦闘中に騎士を保護するための硬い殻または皮膚を提供するため、外骨格と呼ぶことができます。宇宙服や深海潜水用のアウターウェアも、極めて過酷な外部環境下で人体が正常に機能するのを助けるため、外骨格と見なされます。人間は学習、模倣、革新が非常に得意です。外骨格は私たちに何を教えてくれたのでしょうか?これを参考にして、科学者たちは何を思いついたのでしょうか?答えはあなたを驚かせるでしょう！科学者たちは外骨格の研究と応用をさらに拡大してきました。外骨格は、ますます「スーパーギア」、つまり人の生理機能を増強し強化するために使用されるシステムと関連付けられるようになっています。これらは、より重い荷物を持ち上げたり運んだり、より速く走ったり、より高くジャンプしたりするのに役立ちます。

例えば、軍隊では、外骨格は兵士が通常の人間よりも優れた防御力を持ち、より多くの武器や装備を携行でき、より大きな体力を持つことができるため、兵士がより効果的に戦うのに役立ちます。中国の個人兵士用外骨格システムはすでに開発に成功しており、必要に応じて補助装置を追加することができる。この装置は、定格負荷時の平均平地速度が時速 4.5 キロメートル、平地走行距離が 20 キロメートルです。この新しい外骨格システムは軍隊に装備できる段階に達しており、高原での個別の巡回、山岳での個別の巡回、障害物の横断などの任務を遂行できる。わが国の国境防衛部隊は、2020年末にチベットの標高5,000メートルのアリ地区で実際に使用し、個人用外骨格装備が高原部隊の個人の耐荷重能力を大幅に高め、個人の偵察能力を強化できることを発見しました。

外骨格の実験研究（写真提供：Visual China）

医療リハビリテーションでは、外骨格は通常、金属や炭素繊維などの材料で作られています。衣服のように身体に着用できます。人間の可動性を高め、重量を軽減することができます。これらは、多発性硬化症や重度の関節炎などの病気を患う人々が運動障害を克服するのに役立ちます。外骨格は、特に障害のある高齢者にとって大きな意義を持ちます。これにより、障害者や高齢者は、歩く、階段を上る、重いものを運ぶなど、日常生活の中で自由に動くことができます。

外骨格の強力な機能と幅広い応用の可能性は、世界中の科学者の関心を集めています。各国は多数の科学技術エリートを組織して研究開発を加速させ、着用可能な外骨格装備や走ったりジャンプしたりできる外骨格ロボットが登場してきた。

外骨格が開発されるにつれて、より完璧なものになるでしょう。ある日、老人たちが外骨格装備を身に着けて公園で楽しそうに太極拳を練習しているのを見たり、外骨格ロボットが速達便を抱えてあなたに向かって活発に走ってくるのを見たりしても、驚かないでください。これは科学技術の力であり、人類に利益をもたらすという科学技術の目的の具現化でもあるからです。

外骨格装置にはどのような技術が使用されていますか?

外骨格装置には、力センサー、知覚・判断装置、制御装置、伝達実行装置、駆動装置が含まれており、高負荷状態での歩行、坂道の上り下り、這いずりなど、装着者を支援することができます。外骨格装置の駆動技術には、油圧駆動、空気圧駆動、電動モーター駆動などがあります。これらの技術を統合することで、外骨格が「動く」ことが保証され、効率的なエネルギーとエネルギー管理技術によって外骨格システムがさらに強力になります。最新の外骨格装置の中には、使用者の脈拍、血圧、呼吸数などのデータをリアルタイムで収集できるセンサーが搭載されているものもあり、情報結合やモバイルコンピューティングなどの技術が満載さ​​れている。