外骨骼載具的科技競爭與分析
2018.09.07
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壹、新聞重點
俄國「中央精密機械研究所」（TsNiiTochMash）[1] 於2018年8月底公布新式的「外骨骼」（Exoskeleton）人體載具，此一型號為Ratnik-3的先進單兵戰鬥服，整合人體載具與新式裝甲的複合功能，可提供單一士兵具備更強的負重能力與抗彈性能，在戰場發揮更大的戰術價值。類似的先進單兵戰鬥系統，源起於2008年美國國防部的「陸地戰士」（Land Warrior）系統，主要目的在於整合步兵的指揮、管制、通訊、觀測，使其具備完整的戰場管理能力，美國陸軍因成本問題宣告暫時放棄。後續則由於科技的演進，出現穿戴式人體載具以及新式防彈盔甲，遂成為美、俄步兵單位的新研發重點。
圖1、俄國 Ratnik-3 外骨骼整合載具。
資料來源：TsNiiTochMash
貳、安全意涵
一、提高步兵戰力
這可由兩方面觀察，首先是前述「陸地戰士」系統設計理念可增加單兵的戰場知覺力（perception），提高發現、殲滅敵人或避開危險的機率，屬主動作戰能力。而外骨骼與防彈盔甲，則可增加單兵的負重及抗彈力，屬被動防護能力。主被動能力的整合可有效提高單兵作戰能力，尤其「市街戰」（urban warfare）成為未來戰爭的主要型態之一，房舍建築等複雜障礙物與近距離戰鬥都使正規部隊大型火力受到限制，提高步兵單位的偵察裝備與輕兵器的效率至為重要。依照美方的情報指出，俄國已將前述的外骨骼裝備初期型投入敘利亞戰場測試，士兵在外骨骼輔助下可以單手操作機槍，充分發揮火力壓制的優勢。[2]
二、降低政治決策風險
士兵傷亡數量是政治、軍事決策者在決定採取軍事行動時的最主要考量之一。 一旦傷亡人數過高，恐將激起內部民眾及輿論的不滿，造成政治風險並影響後續軍事行動的進行，此亦為美軍及北約國家在攻擊伊斯蘭國（IS）等恐怖組織時，優先選擇以巡弋飛彈、精準轟炸、無人機等空中打擊為主的原因，以盡可能減少地面部隊的投入與傷亡。而依照美國防部的研究統計，若採用更先進的防彈衣科技，可進一步使陣亡士兵的比例減少80%，[3] 而外骨骼載具又可令士兵穿戴更厚重的盔甲，若能大量配備將可使部隊傷亡減少並降低決策風險。
參、趨勢研判
一、電力成為關鍵科技
外骨骼裝備的應用，未來發展的關鍵在於續航力，也就是電池的科技發展。前述俄國的Ratnik-3系統，電池續航力低於4小時，而美國洛克希德馬丁（Lockheed Martin）發展型號為ONXY的外骨骼原型，測試雖獲得極大成功，但電池續航力也僅有8小時，[4] 仍無法滿足野戰部隊的需求。由於目前的電源主要為「鋰鐵電池」（lithium-iron battery），其正極材料的改良研發可提高續航電力與充電速度，就成為主要的技術競爭。此外，則為燃料電池（fuel cell）的開發，燃料電池具有可立即補充電力的優點，關鍵則在大電流的供應能力與尺寸小型化，此為科技競爭的第二個焦點。
二、軍事與民用價值
即使在電池續航能力受限的情況下，外骨骼載具仍已擁有一定的軍民用價值。軍事部分，可作為攻堅部隊的輔助裝備，增加瞬間打擊力。或用於守勢作戰、場站後勤的搬運用途等不需長時間倚賴補給的情況，將可立即發揮效益。民用部分，則可適用於需搬運重物的精密勞力工作，如工廠作業、倉儲物流、船艦維修、醫療照護、乃至傷殘士兵或民眾的義肢等領域。具有極佳的軍民兩用價值。
三、台灣產業潛力
台灣的相關產業鏈相當健全，主要分布於驅動馬達（包括步進、直線等精密馬達）、電機控制、鋰鐵電池、精密金屬加工、耐重精密轉軸（hinge）、姿態感測等領域，這些精密零組件製造業皆為外骨骼載具的核心技術，具備極佳潛力。同時由於少子化，勞動力逐年減少，因此若能由民用需求起步，在系統設計上整合前述的製造業，例如緯創資通推出的 keeogo外骨骼載具用於醫療復健，將可有效開啟新的產業需求與機會。
圖2、Keeogo外骨骼載具
資料來源：Wistron
[1]俄文全稱為Tsentral'nyy Nauchno-Issledovatel'skiy Institut Tochnogo Mashinostroyeniy, TsNiiTochMash。西方譯名為Central Research Institute for Precision Machine Building, 但簡寫沿用俄文簡稱，見https://goo.gl/VL8F5c。
[2]Patrick Tucker, “Russia, US are in a military exoskeleton race,” Defense One, Aug 30, 2018, https://goo.gl/Q4Eg23
[3]Michael Moss, “Pentagon Study Links Fatalities to Body Armor,” New York Times, Jan 7, 2006, https://goo.gl/hR8LRi
[4]Patrick Tucker, op. cit.