本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
“举起你的机械爪子！”
—— 蜘蛛侠对犀牛人在《超凡蜘蛛侠 2》（2014 年索尼影业）中的台词
蜘蛛侠由斯坦·李和史蒂夫·迪特科创作，最初出现在李编剧、杰克·科比绘画的《惊奇幻想》#15（1962 年 8 月）故事中，一直是一位非常受欢迎且古怪的超级英雄，而且经久不衰。你一定会喜欢蜘蛛侠平易近人的角色，安德鲁·加菲尔德在最近的漫威影业电影《超凡蜘蛛侠》（2012 年）和《超凡蜘蛛侠 2》（2014 年）中出色地演绎了这个角色。
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（蛛丝发射！蛛丝发射！警告：这篇文章可能包含《超凡蜘蛛侠 2》的一些剧透……请您自行承担风险继续阅读……）
但这篇文章与其说是关于老牌网络英雄蜘蛛侠，不如说是关于蜘蛛侠精彩的超级反派画廊。或者，我应该说，是关于蜘蛛侠一个更默默无闻的敌人。我指的不是电王、沙人、秃鹫、神秘客、绿魔或章鱼博士（我最喜欢这个名单中的角色）。我不是指这些“邪恶六人组”中的任何一个。相反，我想深入研究犀牛人，他在《超凡蜘蛛侠 2》中扮演了一个有趣但不得不承认是边缘的角色。
犀牛人（又名阿列克谢·西采维奇）于 1966 年在《神奇蜘蛛侠》#41 的漫画中首次亮相，在《超凡蜘蛛侠 2》中由优秀的保罗·吉亚玛提饰演。即使犀牛人可能不是最聪明的反派——迈克·康罗伊在他的书《500 Comic Book Villains》中使用了形容词“最迟钝的”——但他身上确实有一些引人入胜的地方。
对我来说，最主要的是犀牛人的外骨骼。我对外骨骼及其在真实生物体上的应用非常着迷。我在《大众科学》的其他客座文章中也写过关于外骨骼的文章（“组装复仇者”、“钢铁侠极限固件更新 3.0”和“外骨骼来了！”）。犀牛人在《超凡蜘蛛侠 2》中在纽约市的阳光下疾驰而过，这确实突出了外骨骼的重要性。
尽管犀牛人的动力装甲外骨骼（就像钢铁侠的一样）的表面视图吸引了所有人的注意力，但我还是想深入探讨一下动力问题。你如何提供足够的能量来驱动一个狂暴的犀牛人的机器人外骨骼？
当我写《发明钢铁侠》时，我与我的同事吉姆·卡卡利奥斯进行了交谈，他是友好的邻居物理学教授，也是《超级英雄的物理学》的作者。吉姆很快解释说：
“电池中的能量存储显著落后于信息存储。如果电池遵循摩尔定律，即描述集成电路上晶体管密度的增加，容量每两年翻一番，那么 1970 年一小时放完电的电池今天可以使用一个多世纪。最终，如果我们不想在背上背着获得许可的核动力包，我们就只能依靠化学过程来驱动我们的高科技装甲，在这种情况下，我们必须牺牲重量或寿命。”
我试图在左边的图中表示这个问题，其中 CPU 功率的红线可以看作是以远超电池能量密度的速度增长，电池能量密度用蓝色绘制（数据来自 Starner 和 Pardiso 2004）。
像犀牛人这样的完全开发的装甲外骨骼需要大量能量。为了给您举例说明驱动像机器人外骨骼身体的步行动作这样简单的东西实际上需要多少能量，请考虑本田研发和工程公司的 Masato Hirose 和 Kenichi Ogawa 的工作。他们在 2007 年估计，本田 P2 人形机器人（著名的 ASIMO 机器人之前的两个原型）在行走时消耗了近 3,000 瓦的功率，使其运行时间仅为 15 分钟。这相当于大约 2,600 千卡路里的能量，是普通北美男性每日能量消耗！
因此，在我们等待冷核聚变（抱歉，“低能量核反应”）和托尼·斯塔克的弧反应堆发明出来之前，任何一个有自尊心且有科学依据的超级反派的外骨骼应该内置哪些额外的调整？
渐进式的答案是能量收集！当犀牛人在纽约市横冲直撞、制造混乱时，他的胳膊和腿都在做正功和负功。基本上，他的正功为他的推进式步行动作提供动力，而负功则发生在每次步行动作的恢复过程中。这是运动神经力学的重要组成部分，但这似乎是一种浪费的能量。
但是，如果有一种方法可以更直接地为其他目的收集这种浪费的能量呢？多年来，研究人员一直在思考这个问题，利用来自人体的能量。这包括围绕收集热能、呼吸能量、血压、运动惯性、手臂运动以及行走时脚跟着地产生的能量的想法。
西蒙弗雷泽大学的马克斯·多内兰博士领导的团队开发了一种设备——《时代》杂志 2008 年 50 项最佳发明之一——它被绑在膝盖周围。这种“仿生动力”能量收集器基本上是一个框架和发电机系统，安装在改良的矫形膝关节支架上（参见右图）。在应用中，用户会在每条腿上佩戴一个 850 克的设备。使用离合器和发电机系统，行走过程中的负功被捕获和存储。目前的设备最多可以产生 25 瓦的电力。以舒适的步行速度可以产生 12 瓦的电力，一个小时可以为四部手机充电。
多内兰同意他的设备的能量收集能力“仍然远低于犀牛人对抗蜘蛛侠所需的能力”。但是，他补充说，“犀牛人可以用它来为他的手机充电，这样他就可以打电话给他的恶棍团伙来踢蜘蛛侠的屁股。”
但在现实世界中，这足以驱动不同的移动设备或人造肢体。毫无疑问，犀牛人的外骨骼，无论主要动力来源是什么，都需要利用这种非常高效的能量存储和再利用方式。
使用伟大的斯坦·李的全头韵命名惯例——他给了我们彼得·帕克和 J·乔纳·詹姆森——让我们最后说，每一小部分电流都很重要，我们不能浪费任何瓦特。