“第三拇指”让“未来战士”渐行渐近

“第三拇指”能帮助士兵实施“奇特的操作”

未来士兵系统突出智能化

法国未来士兵系统

随着技术发展，一些军事大国纷纷上马“未来战士”计划，借助各种电动体外穿戴设备增强单兵战斗力。时下，最热门的智能体外装备当数“第三拇指”，别看其小巧玲珑，却可显著提升士兵操作信息化武器装备的能力。在刚刚结束的伦敦夏季科学展上，欧洲多国科研团队就推出了门类齐全的“第三拇指”方案。

人体增强“新突破”

“第三拇指”的原型可追溯至2017年，当时英国皇家艺术学院研究生丹妮·克洛德利用3D打印技术制作出机器人拇指并获奖，这便是“第三拇指”的雏形。随后，克洛德加入剑桥大学医学研究委员会塔马尔·马金教授领衔的认知神经科学家团队，经过数年攻关，推出真正意义上的“第三拇指”。

目前，常见的“第三拇指”主体是用3D打印的，通过腕带佩戴在用户手掌与拇指相对的一侧，靠近小指，看上去就像“第六根手指”。腕带中装有两个电机，由使用者上臂佩戴的外部电池组供电，用于拉动机器拇指内部嵌入的拉索，该拉索由聚四氟乙烯管和电线制成，其工作原理类似自行车的刹车装置，可以带动“拇指”运动，辅以三个指关节处安装的铰链，“第三拇指”便可像正常手指一样进行三段式弯曲。

使用者通过脚趾“发号施令”来实现对“拇指”的操控——下压脚趾指挥“拇指”执行各种动作，松开脚趾后“拇指”便自动恢复原状。这一设计灵感源自生活，因为在人类各种成熟产品和生活场景中不乏手脚并用的情形，如驾驶汽车、使用缝纫机或弹奏钢琴等，因而这种操控更加易学易用。使用者双脚大拇指的下方各安装一个压力传感器，分别控制“拇指”的弯曲伸直和内收外展。传感器依靠使用者脚踝处佩戴的电池供电，通过蓝牙将检测到的脚趾运动信息发送给腕带中的电机。这样用户就可以操控“拇指”做出各种动作，并通过脚趾运动的幅度和施加的压力大小来调控“拇指”的运动速度和抓握力度。

“第三拇指”展现了体外穿戴设备的创新与进步，被视为人体增强技术的重大突破，不仅实现了普通手指所具备的各种功能，还显著增强了手指的抓握和承载能力，尤其拓展了单手操作的能力，帮助人体在没有外界帮助下执行原本难以单手完成的任务，或者执行复杂的“多手协同”任务。此外，在3D打印技术的“加持”下，“第三拇指”可以快速进行原型制作，并根据不同用户的手掌尺寸实现“量身定制”，让士兵可以通过多种“外挂”超越生理限制，为军事领域带来前所未有的可能性，甚至可能改变战争形态。

“麒麟臂”呼之欲出

理论上，“第三拇指”能为士兵提供额外的肢体辅助，如在士兵携带和操作武器时完成以往难以实现的动作或操作，可谓“未来战士”的“麒麟臂”。

目前，从事“第三拇指”研究的各国团队主要在材料和工艺方面进行竞赛，务求更轻更可靠。常见的“第三拇指”的腕带和手部组件是用Form labs立体光刻造型技术（SLA）打印而成，这是世界上应用最广的快速成型技术，具有精度高、平滑性好的优点。材料选用的是Form labs灰色树脂，它非常柔软，可在内部留出供线缆穿行的通道。至于“拇指”指体材料和制造工艺却不尽如人意，流行的激光切割材料和打印工艺可靠性不佳，导致“第三拇指”指体长时间应用后容易因弯曲挤压而出现塌陷，剑桥团队正尝试NinjaFlex材料，这是一种用于3D打印的柔性灯丝，在业内以“柔性之王”著称，其弹性高、耐磨性强，同时具有很强的打印床附着力和层间黏合力。剑桥团队通过熔融沉积成型工艺（FDM）打印出的“拇指”指体，不仅可以自由弯曲，还可以在内部放置线缆，从而执行多种复杂任务，例如以“恰到好处”的力道挤柠檬汁、单手端着画盘的同时拿着画笔作画等。

克洛德透露，一旦材料和人工智能技术出现突破，“第三拇指”会演进到“第三手臂”阶段，不排除“未来战士”会变成“千手观音”的模样。当然，这还要解决穿戴设备尺寸、重量、强度、电池寿命等一系列技术问题。此外，还需考虑到设备维护成本和可靠性等因素，毕竟在紧张激烈的战场环境中，任何故障都可能危及士兵的生命安全。正如克洛德所述，“制造出轻便小巧且坚固耐用特别是无需充电的穿戴设备并非易事”。

人机结合“无缝化”

军事应用中，“第三拇指”之类外骨骼穿戴式设备需要具备足够的适应性和兼容性，这首先要让穿戴设备与使用者尽可能做到无缝集成，达到“人机合一”的境界。剑桥团队声称，他们的“第三拇指”已被证明可以“熟练上手”。2022年到2023年，研究团队进行了有596人参加的实验。结果表明，几乎所有的参与者（98%）都能在佩戴设备后一分钟内成功操控“第三拇指”轻松拿取或移动物体，根本无需数月或数年的专门训练。之后，为了检验使用者的熟练程度，研究人员又进行了两项单独的测试：首先，要求参与者使用机器拇指在60秒内尽可能多地从钉板上一次拾取一个钉子并将其放入篮子中，333人完成任务；接着要求参与者在60秒内用机器拇指和其他手指一起移动多个大小形状各异、需要手指灵活度不同的泡沫物体，完成者达246人。这一结果令研发人员大为振奋，要知道实验是在嘈杂环境中进行的，且参与者年龄跨度非常大，最大的96岁，最小的只有3岁，其中既有男性，也有女性，既有惯用右手者，也有左撇子。

另一方面，“第三拇指”的使用，有助于其与人的运动和认知能力实现无缝结合。研究团队负责人马金教授指出，技术正在改变人的定义，机器日益成为人类日常生活的一部分，甚至是人类思想和身体的一部分。实验表明，用户在使用“第三拇指”五天后，大脑感觉运动皮层的活动会发生明显变化，这意味着人类大脑快速适应“第三拇指”的存在和使用，并将其视为身体的自然延伸而非外部附属物。根据研究团队在《科学机器人》杂志上发表的论文，参与实验的使用者会渐渐将“第三拇指”视同原生拇指一样，设计者克洛德更是称会对“第三拇指”产生依恋：“有一次，我连续两周佩戴‘第三拇指’，每当将其摘下时，我都会觉得自己的手掌缺了点什么。” 梁君