本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，僅反映作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
“舉起你的機械爪子！”
—— 蜘蛛俠對犀牛人在《超凡蜘蛛俠 2》（2014 年索尼影業）中的臺詞
蜘蛛俠由斯坦·李和史蒂夫·迪特科創作，最初出現在李編劇、傑克·科比繪畫的《驚奇幻想》#15（1962 年 8 月）故事中，一直是一位非常受歡迎且古怪的超級英雄，而且經久不衰。你一定會喜歡蜘蛛俠平易近人的角色，安德魯·加菲爾德在最近的漫威影業電影《超凡蜘蛛俠》（2012 年）和《超凡蜘蛛俠 2》（2014 年）中出色地演繹了這個角色。
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（蛛絲髮射！蛛絲髮射！警告：這篇文章可能包含《超凡蜘蛛俠 2》的一些劇透……請您自行承擔風險繼續閱讀……）
但這篇文章與其說是關於老牌網路英雄蜘蛛俠，不如說是關於蜘蛛俠精彩的超級反派畫廊。或者，我應該說，是關於蜘蛛俠一個更默默無聞的敵人。我指的不是電王、沙人、禿鷲、神秘客、綠魔或章魚博士（我最喜歡這個名單中的角色）。我不是指這些“邪惡六人組”中的任何一個。相反，我想深入研究犀牛人，他在《超凡蜘蛛俠 2》中扮演了一個有趣但不得不承認是邊緣的角色。
犀牛人（又名阿列克謝·西採維奇）於 1966 年在《神奇蜘蛛俠》#41 的漫畫中首次亮相，在《超凡蜘蛛俠 2》中由優秀的保羅·吉亞瑪提飾演。即使犀牛人可能不是最聰明的反派——邁克·康羅伊在他的書《500 Comic Book Villains》中使用了形容詞“最遲鈍的”——但他身上確實有一些引人入勝的地方。
對我來說，最主要的是犀牛人的外骨骼。我對外骨骼及其在真實生物體上的應用非常著迷。我在《大眾科學》的其他客座文章中也寫過關於外骨骼的文章（“組裝復仇者”、“鋼鐵俠極限韌體更新 3.0”和“外骨骼來了！”）。犀牛人在《超凡蜘蛛俠 2》中在紐約市的陽光下疾馳而過，這確實突出了外骨骼的重要性。
儘管犀牛人的動力裝甲外骨骼（就像鋼鐵俠的一樣）的表面檢視吸引了所有人的注意力，但我還是想深入探討一下動力問題。你如何提供足夠的能量來驅動一個狂暴的犀牛人的機器人外骨骼？
當我寫《發明鋼鐵俠》時，我與我的同事吉姆·卡卡利奧斯進行了交談，他是友好的鄰居物理學教授，也是《超級英雄的物理學》的作者。吉姆很快解釋說：
“電池中的能量儲存顯著落後於資訊儲存。如果電池遵循摩爾定律，即描述積體電路上電晶體密度的增加，容量每兩年翻一番，那麼 1970 年一小時放完電的電池今天可以使用一個多世紀。最終，如果我們不想在背上揹著獲得許可的核動力包，我們就只能依靠化學過程來驅動我們的高科技裝甲，在這種情況下，我們必須犧牲重量或壽命。”
我試圖在左邊的圖中表示這個問題，其中 CPU 功率的紅線可以看作是以遠超電池能量密度的速度增長，電池能量密度用藍色繪製（資料來自 Starner 和 Pardiso 2004）。
像犀牛人這樣的完全開發的裝甲外骨骼需要大量能量。為了給您舉例說明驅動像機器人外骨骼身體的步行動作這樣簡單的東西實際上需要多少能量，請考慮本田研發和工程公司的 Masato Hirose 和 Kenichi Ogawa 的工作。他們在 2007 年估計，本田 P2 人形機器人（著名的 ASIMO 機器人之前的兩個原型）在行走時消耗了近 3,000 瓦的功率，使其執行時間僅為 15 分鐘。這相當於大約 2,600 千卡路里的能量，是普通北美男性每日能量消耗！
因此，在我們等待冷核聚變（抱歉，“低能量核反應”）和託尼·斯塔克的弧反應堆發明出來之前，任何一個有自尊心且有科學依據的超級反派的外骨骼應該內建哪些額外的調整？
漸進式的答案是能量收集！當犀牛人在紐約市橫衝直撞、製造混亂時，他的胳膊和腿都在做正功和負功。基本上，他的正功為他的推進式步行動作提供動力，而負功則發生在每次步行動作的恢復過程中。這是運動神經力學的重要組成部分，但這似乎是一種浪費的能量。
但是，如果有一種方法可以更直接地為其他目的收集這種浪費的能量呢？多年來，研究人員一直在思考這個問題，利用來自人體的能量。這包括圍繞收集熱能、呼吸能量、血壓、運動慣性、手臂運動以及行走時腳跟著地產生的能量的想法。
西蒙弗雷澤大學的馬克斯·多內蘭博士領導的團隊開發了一種裝置——《時代》雜誌 2008 年 50 項最佳發明之一——它被綁在膝蓋周圍。這種“仿生動力”能量收集器基本上是一個框架和發電機系統，安裝在改良的矯形膝關節支架上（參見右圖）。在應用中，使用者會在每條腿上佩戴一個 850 克的裝置。使用離合器和發電機系統，行走過程中的負功被捕獲和儲存。目前的裝置最多可以產生 25 瓦的電力。以舒適的步行速度可以產生 12 瓦的電力，一個小時可以為四部手機充電。
多內蘭同意他的裝置的能量收集能力“仍然遠低於犀牛人對抗蜘蛛俠所需的能力”。但是，他補充說，“犀牛人可以用它來為他的手機充電，這樣他就可以打電話給他的惡棍團伙來踢蜘蛛俠的屁股。”
但在現實世界中，這足以驅動不同的移動裝置或人造肢體。毫無疑問，犀牛人的外骨骼，無論主要動力來源是什麼，都需要利用這種非常高效的能量儲存和再利用方式。
使用偉大的斯坦·李的全頭韻命名慣例——他給了我們彼得·帕克和 J·喬納·詹姆森——讓我們最後說，每一小部分電流都很重要，我們不能浪費任何瓦特。