Ученые со всего мира уже долгое время работают над разработкой технологий, что помогли бы людям расширить свои природные возможности. Уже сейчас человечество поражают бионические линзы, кіберкінцівки или даже искусственный аналог человеческой кожи со способностью к сверхчувствительности. К этому списку можно смело добавлять разработку экзоскелета.
Экзоскелет представляет собой механический устройство или программно-мехатронное комплекс с элементами антропоморфных структур, конструктивно предназначен для приумножения физических возможностей человека путем синхронного дублирования и поддержания его двигательной активности. Проще говоря, это роботехнічна конструкция, элементы которой закрепляются непосредственно на человеке, что позволяют обеспечить ей физическую поддержку, увеличить ее физические способности, повысить выносливость и т. п.
Вместе с тем, экзоскелеты могут выполнять еще одну важную миссию – обеспечивать возможность самостоятельного движения для людей с ограниченными возможностями нижних конечностей и помочь восстановить их мобильность и функциональность.
Кратко об истории создания
Первая попытка разработки силового экзоскелета была сделана специалистами компании General Electric в начале 60-х годов 20-го века. Проект под названием «Hardiman» был реализован по заказу министерства обороны США. Существенным недостатком конструкции экзоскелета стали возникающие в процессе работы вибрации, что вызывали неоднократное опрокидывание устройства во время испытаний. Вскоре, проект был закрыт.
В 1970-х годах югославский ученый Міомір Вукобратовіч создал прототип экзоскелета с пневматическим приводом, который должен был помочь парализованным людям вновь встать на ноги. В 80-х годах Вукобратовіч подарил свой экзоскелет СССР. Российские и европейские ученые впоследствии брали за основу проект Вукобратовіча при создании своих технологий.
Отсутствие компактных и безопасных источников энергии, нехватка эффективных силовых компонентов и средств управления значительно тормозили развитие экзоскелетов. Лишь к середине 2000-х годов идея создания «силового костюма» начала воплощаться в жизнь. Так, Агентство перспективных исследовательских проектов обороны США (DARPA) инициировало разработку экзоскелетов в 2001 году в рамках программы Exoskeletons for Human Performance Augmentation.
Позже, был создан полноразмерный силовой экзоскелет XOS2, представлен оборонным гигантом Raytheon (которое выкупило Sarcos Research в 2007 году) в сентябре 2010 года.
То зачем человечеству экзоскелеты?
Анализ мирового опыта позволяет сделать вывод о том, что в данный момент существует три ключевые сферы применения екзоскелетних модулей и комплексов на их основе:
- экзоскелеты военного назначения;
- реабилитационные экзоскелеты и экзоскелеты для гостей с ограниченными возможностями;
- экзоскелеты для применения в промышленных сферах.
Промышленные экзоскелеты
Сейчас основным направлением разработки экзоскелетов является именно вариант для промышленных задач. Этому способствует:
1.Быстрый рост коммерческого использования екзоскелетних технологий.
Экзоскелеты для работы и промышленности могут использоваться на строительных площадках, на фабриках, складах и даже в хирургических кабинетах.
Внедрение таких устройств обеспечивает решение трех важнейших бизнес-задач: повышение производительности труда и снижение трудоемкости выполнения производственных операций, сокращение объема выплат, пов’связанных с возникновением производственных травм и профессиональных заболеваний работников, обеспечение дополнительной мотивации сотрудников, что достигается за счет создания более комфортных условий труда.
2.Социальный аспект.
По данным European Foundation for the Improvement of Living and Working Conditions к 64% высококвалифицированных работников тратят почти три четверти своего рабочего времени на операции подъема и переноса различных грузов.
По оценкам Work Foundation на сегодняшний день около 44 миллионов работников ЕС страдают от скелетно-м’язових заболеваний, суммарно завдаэ европейской экономике збиткив, которые оцениваются более чем в 240 миллиардов евро. И это только страны ЕС.
3.Упрощенная система управления.
Уровень требований к системе управления промышленным екзоскелетом значительно ниже, чем до аналогичного устройства медицинского или военного применения. Человеку-оператору не требуются сложные в освоении интерфейсные решения, такие, например, как нейрокомп’ютерне управления. Да и скорость и точность реакций в промышленном экзоскелет почти всегда не являются критически важными.
Военные экзоскелеты
Работа над собой экзоскелеты для солдат идет не первый год. Многие армии мира уже близки к принятию на вооружение крупных партий компактных экзоскелетов, что уменьшают нагрузку на ноги и спину. Солдаты смогут носить больше боеприпасов и амуниции, дольше ходить и меньше уставать. Например, еще в начале 2010-х компании Ekso Bionics и Raytheon создали экзоскелеты HULC (лицензированный Lockheed Martin) и XOS 2 соответственно. Разработки активно лоббировались в армейских структурах, но до сих пор не приняты на вооружение. HULC позволяет переносить до 90 кг веса и бегать на длинные дистанции со скоростью 12 км / ч.
Тем временем в Китае также не пасли задних. Госкорпорация Norinco, производитель бронированной техники и боеприпасов, представила военный экзоскелет второго поколения. Он позволяет солдатам переносить грузы весом до 45 кг. Снижение веса экзоскелета позволило повысить производительность батареи. Скорость и дальность хода новой модели выше, чем в первой версии, что позволяла преодолевать 20 км на скорости 4,5 км / ч.
Медицинские экзоскелеты
Если говорить о экзоскелеты предназначены для медицинских целей, то одной из самых интересных разработок является медицинская версия экзоскелета нижней части тела японской компании Cyberdyne, известна как Hybrid Assisted Limb или HAL.
Экзоскелет использует датчики для обнаружения биоэлектрических сигналов, поступающие из мозга к г’мышц, которые он сочетает с вашим движением (или предусмотренным движением) с целью увеличения функциональной силы и стабильности.
То, что практикует HAL отличается от других существующих технологий экзоскелетов, которые сейчас доступны. Идея заключается в том, вместо использования физических ходьбових движений он использует как добровольное движение, так и автономную функциональность. Другими словами, экзоскелет работает именно с біоелектричними сигналами нервной системы человека, чтобы “знать”, когда и каким образом двигаться.
