随着士兵的生存力日益被重视，发展具有多种功能的作战服已成为士兵装备技术领域的新热点。为保护负重士兵，美国国防高级研究计划局正在牵头研制“勇士织衣”（Warrior Web）智能作战服。它是一种内穿型作战服，重量轻、柔韧性好，能自动变硬或变软以避免士兵受伤，同时可增强士兵肌肉机能以减小作用在身体上的负荷，从而减少长时间负重、在崎岖地形行军的疲劳损耗。该作战服功率小于100瓦，不到9千克重，电池重约4.5千克，在不充电情况下可持续工作24小时，士兵背负45千克重物、以1.25米/秒速度在平地行走时，可以减少25%代谢消耗。目前“勇士织衣”已制成样服，进行了两轮测试评估。
项目背景
现在士兵背负的装备越来越重，一般要背负45千克重物巡逻或行军，这些负重不仅会增加士兵关节（如膝盖、脚踝、脊柱和髋关节等）和软组织受伤的危险，而且还会加大士兵的体能消耗，以及受伤的几率，降低作战效能。为此，2011年9月，美国国防高级研究计划局投资“勇士织衣”智能作战服科研项目，由其下属的国防科学办公室负责管理，通过招标方式研发。
按最初计划，“勇士织衣”项目（总进度为2011～2016财年）分两个任务阶段：2012财年第3季度～2015财年第1季度是任务A阶段，共投资2 400万美元，重点研究和评估多项核心部件技术，以减小士兵负重、降低士兵体力损耗、稳定关节，使士兵背负重物时仍能正常行走；2013财年第4季度～2016财年第4季度为任务B阶段，投资2 200万美元，将第一阶段的核心部件嵌入内穿型作战服系统及其后续产品，在作战环境中进行试验。
项目进展
经过4年多的研发，“勇士织衣”作战服项目已完成任务A，2013年进入任务B阶段，与此同时，美军还评估了采用仿生技术的柔性外骨骼样衣。
在任务A阶段，“勇士织衣”项目推出了三种部件样服，分别由国防高级研究计划局、哈佛大学怀斯生物工程研究所（样服又称“智能服”）、波士顿动力公司研制。陆军研究实验室和纳蒂克士兵中心参与了国防高级研究计划局的研究工作，特拉华大学开展了先进材料研究工作，斯坦福大学开展了生物力学模型的建模工作等。现已研制成功多个核心部件（技术），主要是减轻士兵负重、降低士兵体能损耗、稳定关节，同时演示了踝部、膝部和髋部等单个关节的控制模式，但还没有对可穿戴系统的多关节控制模式进行评估。
任务B的重点是进行系统集成。2013年8月，美国国防高级研究计划局向工业界招标，分为两个阶段施行：第一阶段开展基础研究，包括单个技术方案和多个技术方案；第二阶段开展备选研究项目。每个阶段研究时间为15个月，在继续研发部件技术的同时，重点进行系统集成，并开展生物力学建模和仿真、测试和评估等研究工作。
正在研制的柔性外骨骼可能会集成到“勇士织衣”项目中。2014年9月，国防高级研究计划局与哈佛大学怀斯生物工程研究所签订了一份价值290万美元的合同，研制柔性外骨骼，并进行概念演示验证。因为自2012年以来，哈佛大学怀斯生物工程研究所一直致力于研制仿生智能服，采用新方案来增强士兵人体效能。这种仿生智能服采用大量织带，内置低功耗微处理器和柔性应变传感器网络，通过模仿人体腿部肌肉和肌腱的动作，降低士兵肌肉损伤的风险。他们设计了臀部和踝部两种不同的柔性外骨骼，开展试验研究。研究团队还研制了与小型发动机交互的缆线和滑轮，在不影响穿戴者自由活动能力的前提下为其提供助力。
美军在阿伯丁试验场对“勇士织衣”样服进行了两轮测试评估。2013年上半年，美国陆军进行的是为期5个月的首轮测试评估，测试中身穿“勇士织衣”作战服的士兵背负27.7千克重物仍能正常行走。目前正在对“勇士织衣”项目下研制的未来柔性外骨骼样衣进行评估。从2014年10月进行的第二轮评估看，“勇士织衣”研制进展很快，已解决了2013年首轮评估中发现的舒适度和适配性等问题，系统功能变得更强大，不久将开展野外测试。
发展重点
“勇士织衣”作战服任务A和任务B的研究各有侧重：任务A，即“阿尔法勇士织衣”，主要研究领域是损伤减轻、综合分析表征、再生动力学、自适应感知与控制以及作战服“人-穿戴者”接口等。任务B，即“博悦勇士织衣”，主要研究领域是先进控制、“技术-人员”接口与感知；损伤减轻和预防；人体机能增强；附加的辅助可穿戴技术等五大技术，涉及机械原理、运动学、力学、生物力学、再生动力学、能量学、信息学、材料科学等多个学科领域，也将面临如下技术挑战。
先进控制技术，重点研究先进控制模式，使可穿戴技术用于多个关节，如下肢系统采用集中控制器，使膝部和踝部关节致动。任务A已经演示了踝部、膝部和髋部等单个关节的控制模式，但迄今尚未评估可穿戴系统的多关节控制模式。
“技术-人员”接口与感知技术，主要研究与保形及可穿戴技术相关的织物材料、结构、传感器、传感器接口和个体因素等；非侵入性生理感知则涉及生物感知、关节运动学和动力学等。
损伤减轻与预防技术，是为了减轻穿戴者因背负重物长时间行走或跑动而引起的肌肉骨骼损伤，主要研究运动中通过机械或从结构上产生缓冲效果，维持关节稳定；提供肌肉主动刺激，以保护关节和软组织；通过产生反向力，使关节有效抵御那些超过其支撑能力或极限的外力等。目前还没有明确开发减轻因爆炸、运动或心理反应等因素引起的损伤技术。
人体机能增强技术，能提高士兵在跑动、提举、攀爬、负重、射击等过程中的体能和耐力。研究集中在提高士兵负重或非负重状态下的跑步速度；减少人体代谢消耗；增强士兵提举能力；通过耐力训练，提升士兵射击技能或认知任务效能等方面。
生物力学建模与仿真，是对可穿戴系统的效能进行预测。人机建模将由斯坦福大学应用其生物力学模型软件，以人体生理学为基础（任务A已开发了一种开源生物力学建模环境），预测“勇士织衣”作战服的效能，包括在负重或非负重状态下，士兵行走、跑步或完成其它任务中的损伤减轻、能量学和力学等。
性能特点
一是负重智能分布于士兵全身，以减小作用力。“勇士织衣”上面布满了小型传感器、功能结构件和致动器，使负重智能分布于士兵全身，从而减小负重对士兵的作用力。
二是减轻和预防士兵损伤，增强体能。“勇士织衣”致力于研发多种可穿戴在士兵踝部、臀部、膝部和上身的核心部件/技术，在需要时自动变硬或变松软，以减轻穿戴者因背负重物长时间行走或跑动而引起的肌肉骨骼损伤，减少人体代谢消耗，增强人体机能，有效地提高士兵负重能力。
三是重复使用能量，以降低能耗。“勇士织衣”采用被动和主动控制技术，通过激发人体肌肉、肌腱和骨骼功能，利用与主动部件串联和并联的弹性元件储存和释放能量，并合理利用能量，以降低能耗，同时还能为电池蓄电。
四是柔韧性和灵活性好，轻便舒适耐用。“勇士织衣”内穿型智能作战服采用先进的防弹材料制成，柔韧性和灵活性好，重量轻，而且舒适耐用。它还能与现有士兵作战服和装备兼容，可供美国陆军90%士兵使用。
应用前景
随着“勇士织衣”智能作战服、数字化士兵系统和一体化外骨骼的装备使用，将使未来士兵具备网络化作战能力、超强的负重与机动能力，彻底改变步兵传统的单打独斗的作战模式，成为真正的“超人”。美军“奈特勇士”士兵系统的作战服集防弹衣、微气候制冷系统和生化防护服为一体，既能防弹，又能减小爆炸冲击波对士兵的伤害，还能为士兵提供生化战剂保护，是智能化作战服的“雏形”。“勇士织衣”作战服既不同于传统的防弹衣，也不同于“奈特勇士”系统的外穿型作战服，它更像是肌肉、关节的感应“增强器”，不仅具有传统的防弹功能，还能增强人体机能，使士兵背负重物长时间行军。将来作战服还会织入光纤丝线，将受伤士兵的伤情实时传送给医疗救护中心，为士兵提供远程救护，甚至能融入四周环境，使士兵成为“变色龙”。
“勇士织衣”智能作战服不仅能提高士兵的作战效能，还能保障士兵的健康安全。这是对生命的尊重，也是作战服发展的革命性进步。