Exo obleke prihodnosti. Eksoskeleti prihodnosti bodo oprijete obleke. Medicinski eksoskelet Cyberdyne HAL podjetja Cyberdyne Systems

Avtorji razvoja so inženirji iz TsNIITOCHMASH. Postal je logično nadaljevanje že ustvarjene in sprejete bojne opreme. Po mnenju številnih tujih in ruski strokovnjaki, novi izdelek nekoliko spominja na opremo likov iz legendarne serije Vojna zvezd.

Oprema – edinstven kompleks, ki združuje zaščitno opremo, orožje in eksoskelet iz titana. Vse to nadzoruje inteligentni računalniški sistem.

Univerzalna glava ruski vojak bo varovan z jekleno čelado z oklepnim steklom, ki hkrati deluje kot plinska maska ​​in je opremljena z napravo za nočno opazovanje.

Informacije o sovražniku bodo prikazane na vgrajenem zaslonu v očalih. Tukaj bodo prikazani tudi podatki o zdravju vojaka. V kritični situaciji bo obleka zagotovila prvo pomoč.

Za razliko od sodobnih neprebojnih jopičev bo v opremi prihodnosti neprebojni jopič imel luskasto strukturo, ki ne omejuje gibanja. Poleg tega se bo "pametni" oklep lahko prilagajal temperaturnim spremembam, se kamuflažil, se ne boji ne vode ne ognja in bo po zaslugi identifikacijskega sistema lahko ločil svoje od tujcev.

Eksoskelet iz titana je nekakšen ojačevalec vojaka pri gibanju. Z njegovo pomočjo dobi dodatne nosilne zmogljivosti težko orožje na znatne razdalje, sam pa postane veliko bolj vzdržljiv in hiter.

Stopala vojaka prihodnosti so zanesljivo zaščitena s posebnimi ognjevarnimi škornji, kjer so nameščeni detektorji min, oprema za zatiranje radijskih signalov rudnikov in napajalniki eksoskeleta.

Raztrgajte zrak s hitrostjo zvoka in hitite proti obzorju, z rokami iztegnjenimi ob telesu v železna obleka. Bodite kjer koli, kot bi mignil globus ne da bi morali sedeti v prometnih zastojih. Leteti brez kril, ne da bi bil na krovu letala ali česa močnejšega. Naj vržejo kamen vame tisti, ki niso želeli biti na mestu Tonyja Starka v njegovih najboljših trenutkih (v obleki Iron Mana, seveda). Delno bo te sanje lahko uresničil eksoskelet - naprava, ki lahko zaradi zunanjega okvirja poveča človekove sposobnosti (predvsem fizično, mišično moč). V tem gradivu vam bomo povedali, kaj je ta naprava, kakšen razvoj že obstaja in kako se bodo tehnologije razvijale v prihodnosti.

Od elastičnega do "železnega človeka"

Znanost in tehnologija sta brez pretiravanja najhujša tekma iznajdljivosti med človekom in naravo. Skozi celotno zgodovino si je človek prizadeval preurediti svet okoli sebe, da bi ustrezal njegovim potrebam. Nekje mu to uspe, pogosto ne brez škode za naravo. Nekje jo moraš pogledati. In medtem ko ima večina nevretenčarjev zunanje okostje v takšni ali drugačni obliki, ga ljudje nimajo. Ampak ni bilo kril? Danes eksoskelet pomeni mehansko obleko ali njen del do višine 2–2,5 metra. Sledijo "mobilne obleke", mehi in drugi velikanski humanoidni roboti. Kot marsikaj drugega v našem življenju tudi eksoskeleti postopoma prestopajo mejo med divjimi sanjami in vsakodnevno zivljenje. Prvotno samo ideje, koncepti, miti in legende znanstvene fantastike, danes pa se nove različice eksoskeletov pojavljajo skoraj vsak teden. Za prvega izumitelja eksoskeleta velja ruski »strojni inženir« Nikolaj Ferdinandovich Yagn, ki je že v 1890-ih registriral številne patente na to temo. Živel je v Ameriki, kjer je svoje čudeže pravzaprav tudi patentiral, jih kazal na razstavah, po vrnitvi v domovina na novo odkriti. Njegov eksoskelet naj bi vojaku v prvi vrsti olajšal hojo, tek in skakanje. Že takrat je ruski genij predvidel potencialno vojaško moč tovrstnih naprav.

NIKOLAJ Ferdinandovič YAGN Poleg eksoskeleta je Yagn razvil hladilne zavese, hidravlični motor, nihajni propeler, samovar-sterilizator in druge naprave.

Hardiman

Ne zanikajmo, da so pisci znanstvene fantastike dali ogromen in neizmeren prispevek k razvoju eksoskeletov. Leta 1959 je po hvaljenem romanu Roberta Heinleina "Starship Troopers" vsem postalo jasno, da so obleke z zunanjim okvirjem prihodnost vojaških operacij in še več. In gremo. Prvi eksoskelet je ustvaril General Electric ob podpori Ministrstva za obrambo ZDA v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Hardiman je tehtal 680 kilogramov in je lahko dvignil bremena do 110 kilogramov. Z vsemi velikanskimi ambicijami – želeli so ga uporabljati pod vodo in v vesolju ter nositi bojne glave in jedrske palice – se je izkazalo, da ne na najboljši možen način. Priročno so pozabili nanj.

naprava "pedomotor", ki nejasno spominja na eksorskelete, izumitelj Leslie S. Kelly, razvit leta 1917

Devet let kasneje je Miomir Vukobratović iz Beograda, Jugoslavija, pokazal prvi eksoskelet za hojo, katerega namen je bil dajati ljudem s paralizo. spodnjih okončin priložnost za sprehod. Naprava je temeljila na pnevmatskem pogonu. Sovjetski znanstveniki iz Centralnega inštituta za travmatologijo in ortopedijo N. N. Priorova so dali prve pobude za razvoj eksoskeletov skupaj z jugoslovanskimi kolegi na podlagi dela Vukobratovicha. Toda z začetkom perestrojke so bili projekti zaprti in ni nobenih informacij o tajnem podzemnem razvoju eksoskeletov. Z raziskovanjem vesolja pa je bilo vse v redu. IN drugačen čas V različne države obrtniki so poskušali izdelati eksoskelete za najrazličnejše namene, vendar jim je zaradi vrste ovir (o katerih bomo govorili kasneje) izjemno slabo uspevalo. Pomanjkanje energetskih virov, počasna rast znanstvenega in tehnološkega napredka, razvoj znanosti o materialih in drugih sorodnih ved ter razvoj računalništva in kibernetike, katerega val se je dvignil šele pred približno 30 leti, je vse to upočasnjeno. razvoj eksoskeletov. Brez dvoma so to najkompleksnejše tehnologije, ki jih ljudje še niso obvladali.

Težave z eksoskeleti

Na tem planetu ni veliko materialov, iz katerih lahko narediš trden okvir in ki s svojo težo ne bo otežil zadeve. Vsekakor jih ni bilo veliko, a ob upoštevanju vesoljskih poletov, vojaškega razvoja, razvoja znanosti o materialih, nanotehnologije in še kakega ducata drugih zanimivih področij človeštvo postopoma osvaja eno ovir za drugo. Na začetku 21. stoletja je zanimanje za eksoskelete vzplamtelo z izjemno močjo in gori še danes. Najprej pa se pogovorimo o glavnih težavah, s katerimi se srečujejo ustvarjalci eksoskeleta. Če hipotetični eksoskelet razgradimo na njegove komponente, bomo imeli: vir energije, mehanski skelet in programsko opremo. In če se zdi, da je z zadnjima dvema točkama vse jasno in skoraj ni več težav, potem je napajanje resna težava. Inženirji z običajnim virom energije ne morejo samo ustvariti eksoskeleta, ampak ga tudi združiti s vesoljskim skafandrom in jetpackom. Rezultat bi verjetno bila obleka "Iron Man", vendar se novi Tony Stark še ni pojavil.

Napajanje Vsak današnji kompaktni vir energije lahko eksoskeletu zagotovi samo nekaj ur delovanja baterije. Naslednja je odvisnost od žice. Za nepolnilne in baterije Obstaja nekaj omejitev, kot je potreba po zamenjavi ali počasnem polnjenju. Motorji notranje zgorevanje mora biti zelo zanesljiv, vendar ne posebno kompakten. Poleg tega bo v slednjem primeru potreben dodaten hladilni sistem, sam motor z notranjim zgorevanjem pa je težko konfigurirati za takojšnje sproščanje velike količine energije. Elektrokemične gorivne celice je mogoče hitro napolniti z gorivom tekoče gorivo(na primer metanol) in dajejo potrebno in takojšnjo sprostitev energije, vendar delujejo izjemno visoke temperature. 600 stopinj Celzija je relativno nizka temperatura za tak vir energije. Z njim se bo "železni mož" spremenil v hot dog. Nenavadno, najbolj možna opcija Rešitev vprašanja goriva za eksoskelete prihodnosti je morda najbolj nemogoča: brezžični prenos energije. Lahko bi rešil marsikaj, saj se lahko prenaša iz poljubno velikega reaktorja (tudi jedrskega). Ampak kako? Vprašanje je odprto.

Okvir Prvi eksoskeleti so bili izdelani iz aluminija in jekla, ki so bili poceni in enostavni za uporabo. Toda jeklo je pretežko in eksoskelet mora delati tudi, da dvigne lastno težo. V skladu s tem, če je obleka težka, se bo njena učinkovitost zmanjšala. Aluminijeve zlitine so dokaj lahke, vendar kopičijo utrujenost, kar pomeni, da niso posebej primerne za velike obremenitve. Inženirji iščejo lahke, močne materiale, kot so titan ali ogljikova vlakna. Neizogibno bodo dragi, vendar bodo zagotovili učinkovitost eksoskeleta. Poseben problem predstavljajo pogone. Standardni hidravlični cilindri so zmogljivi in ​​lahko delujejo zelo natančno, vendar so težki in zahtevajo tono cevi in ​​cevi. Pnevmatika je po drugi strani preveč nepredvidljiva glede gibanja rokovanja, saj bodo stisnjene plinske vzmeti in reakcijske sile potisnile aktuatorje. Vendar pa se razvijajo novi elektronski servomotorji, ki bodo uporabljali magnete in zagotavljali odzivne gibe, medtem ko bodo porabili minimalno energijo in bodo majhni. To lahko primerjate s prehodom s parnih lokomotiv na vlake. Opozorimo še na prožnost, ki bi jo morali imeti sklepi, a tu lahko težave eksoskeletov rešijo razvijalci vesoljskih oblek. Prav tako vam bodo pomagali ugotoviti, kako prilagoditi obleko velikosti uporabnika.

Nadzor Poseben izziv pri ustvarjanju eksoskeleta je nadzor in regulacija čezmernih in neželenih gibov. Ne morete kar narediti eksoskeleta z enako hitrostjo reakcije za vsakega člana. Takšen mehanizem je lahko prehiter za uporabnika, vendar je prepočasen neučinkovit. Po drugi strani pa se ne morete zanesti na uporabnika in zaupati senzorjem, da bodo prebrali namere iz telesnih gibov: desinhronizacija gibov uporabnika in obleke bo povzročila poškodbe. Treba je omejiti obe delujoči strani. Inženirji si razbijajo glave nad rešitvijo tega vprašanja. Poleg tega je treba vnaprej zaznati nenamerno ali neželeno premikanje, da zaradi nenamernega kihanja ali kašljanja ne bi morali poklicati rešilca.

Eksoskeleti in prihodnost

Leta 2010 sta Sarcos in Raytheon skupaj z ameriškim ministrstvom za obrambo pokazala bojni eksoskelet XOS 2. Prvi prototip je izšel dve leti prej, vendar ni povzročil razburjenja. Toda XOS 2 se je izkazal za tako kul, da Revija Time uvrstilo eksoskelete na seznam petih najboljših vojaških inovacij leta. Od takrat si vodilni svetovni inženirji nabijajo glavo, da bi ustvarili eksoskelete, ki lahko zagotovijo prednost na bojišču. In tudi zunaj njega.

Kaj imamo danes?

ReWalk Ta eksoskelet je bil predstavljen leta 2011 in je bil zasnovan za ljudi s posebnimi potrebami. Januarja 2013 je izšla posodobljena različica ReWalk Rehabilitation, že junija 2014 pa je FDA odobrila uporabo eksoskeleta v javnosti in doma ter mu s tem odprla komercialno pot. Sistem tehta približno 23,3 kg, temelji na sistemu Windows in ima tri načine: hoja, sedenje in stanje. Cena: od 70 do 85 tisoč dolarjev.

XOS Serija teh vojaških eksoskeletov je v aktivnem razvoju (XOS 3 je naslednji). Tehta približno 80 kg in omogoča lastniku, da zlahka dvigne 90 dodatnih kg. Najnovejši modeli oblek so tako prilagodljivi, da omogočajo igro z žogo. Kot ugotavljajo proizvajalci, lahko en XOS nadomesti tri vojake. Morda bo tretja generacija eksoskeleta bližje temu, kar vidimo na platnih znanstvenofantastičnih filmov V zadnjih letih. Žal, za zdaj je vezan na zunanji vir energije.

HULC. Human Universal Load Carrier - ustvarjanje znano podjetje Lockheed Martin v sodelovanju z Berkeley Bionics. Tudi ta eksoskelet je namenjen vojski. Osnova je hidravlika in litij-polimerne baterije. S pravilno obremenitvijo zunanjega ogrodja lahko nanj prenesemo do 140 kg odvečnega tovora. Pričakuje se, da bodo vojaki lahko uporabljali HULC a la "me and my friend truck" 72 ur. Razvoj je v polnem zamahu, zato ni presenetljivo, da bo HULC morda prvi, ki bo prišel v uporabo v ZDA.

ExoHiker, ExoClimber in eLEGS (Ekso). Prototipi so ponovno Berkeley Bionics, zasnovani za opravljanje različnih nalog. Prvi naj bi popotnikom pomagal pri prenašanju tovora do 50 kg, predstavljen je bil februarja 2005 in tehta okoli 10 kg. Glede na majhno sončno ploščo lahko deluje zelo, zelo dolgo. ExoClimber je desetkilogramski dodatek k ExoHikerju, ki uporabniku omogoča skakanje in plezanje po stopnicah. Leta 2010 je razvoj Berkeley Bionics povzročil eLEGS. Ta sistem je popoln hidravlični eksoskelet, ki paraliziranim ljudem omogoča hojo in stanje. Leta 2011 se je eLEGS preimenoval v Ekso. Tehta 20 kg, premika se z največjo hitrostjo 3,2 km/h in deluje 6 ur.

HAL. Še en senzacionalen eksoskelet japonskega proizvajalca robotov Cyberdyne. Njegov namen je omogočiti hojo invalidom. Obstajata dve glavni različici: HAL-3 in HAL-5. Od predstavitve leta 2011 je HAL v manj kot letu dni prevzelo že več kot 130 zdravstvenih ustanov po vsej državi. Vendar se bodo testiranja nadaljevala vse leto 2014 in morda 2015. Avgusta 2013 je HAL dobil dovoljenje za uporabo kot medicinski robot v Evropi. Najnovejši model obleke tehta približno 10 kg.

Povprečna cena medicinskega eksoskeleta je 90 tisoč dolarjev.

Poleg resnih eksoskeletov celega telesa postajajo vse bolj priljubljeni omejeni eksoskeleti, namenjeni opravljanju posebnih nalog. Na primer, avgusta letos je bil prikazan nekdanji stol Chairless Chair, ki omogoča sedenje stoje. Daewoo in Lockheed Martin sta neodvisno demonstrirala eksoskelete za ladjedelniške delavce. Te naprave omogočajo delavcem, da brez prevelikega naprezanja držijo breme ali orodje do 30 kg. V Rusiji skupina znanstvenikov, sestavljena na Raziskovalnem inštitutu za mehaniko Moskovske državne univerze, razvija eksoskelet, imenovan "ExoAtlet". Nadaljujejo razvoj Vukobratoviča, ki se je začel v ZSSR, ki smo ga omenili zgoraj. Prvi delujoči pasivni eksoskelet te ekipe je bil razvit za reševalce, gasilce in reševalce.

S težo 12 kg vam zasnova omogoča, da brez težav nosite do 100 kg tovora. Podjetje namerava razviti model moči ExoAtler-A, ki bo omogočal prenašanje do 200 kg, ter medicinski eksoskelet za rehabilitacijo invalidov. Vsem tem kostumom je skupno to, da so predstavljeni večinoma kot prototipi. To pomeni, da se bodo izboljšali. To pomeni, da jih čakajo preizkusi na terenu. To pomeni, da bodo novi modeli. To pomeni, da so prihodnost. Prezgodaj je reči, da je delujoč in uporaben eksoskelet mogoče kupiti na črnem trgu. Toda začetek je bil narejen in razvoj te smeri samozavestno vstopa v širok mainstream. Še vedno smo daleč od kostuma Tonyja Starka, a kaj nas ovira pri uživanju v spektakularnih filmih?

Ljubitelji spektakularnih spopadov z eksoskeleti bodo vedno imeli kaj gledati: "Aliens" (1986), "Iron Man" (2008), "Avatar" (2009), "District No. 9" (2009), "The Avengers" ( 2012), "Elysium" (2013), "Edge of Tomorrow" (2014). Nekaj ​​je gotovo: eksoskeleti bodo v prihodnosti povsod. Našim astronavtom bodo pomagali raziskovati Mars, zgraditi prve kolonije in udobno krmariti po vesolju. Uporabljali jih bodo v vojaškem segmentu, saj vojakom privzeto dajejo nadčloveško moč. Tistim, ki so jo izgubili, bodo omogočili popolno gibanje. Obleka Iron Man bo nekega dne postala resnična, tako kot vse, kar vidite okoli sebe.

Vojaki Združene zemeljske vojske iz znanstvenofantastičnega akcijskega filma "Edge of Tomorrow", oblečeni v grozljive bojne eksoskelete, bodo morda kmalu zapustili filmska platna in se vrnili v vsakdanje življenje. Natančneje – v pravih vojnah.

Junak te uspešnice, ameriški major Cage, ki ga igra Tom Cruise, se bori proti pošasti tuja rasa v spektakularnem robotskem okvirju, kot da bi bil prepisan iz priljubljenih animejev in znanstvenofantastičnih stripov. Kot obljublja vojska, pa bodo oborožene sile Rusije, ZDA, evropskih držav, Japonske in Kitajske v naslednjih petih do desetih letih morda imele na voljo celo vrsto tovrstnih vojaških eksoskeletov – futurističnih naprav, ki bodo vojake naredile neutruden in neranljiv.

Možnosti robotskih oblek so po besedah ​​njihovih razvijalcev v prihodnosti skoraj neomejene. Za začetek se pričakuje, da bodo vojaki bližnje prihodnosti, ki bodo nosili eksoskelete, zmožni dvigovati uteži do 450 kg in prenašati bremena (vključno s težkim orožjem), težka do sto kilogramov, več ur med dvajsetkilometrskim pohodom z povprečna hitrost nad 7 km/h in z možnostjo kratkotrajnega pospeška za 4-krat. In tudi - preskočite ovire, visoke in dolge nekaj metrov, vzdržite napade kemikalij in biološko orožje, sevanje, druga močna sevanja in visoke temperature.

Vsak čudežni okvir bo opremljen z vgrajenim računalnikom, zaslonom in zaščitno čelado s 360-stopinjskim pogledom, poseben sistem pritrjevanja pa bo omogočal namestitev oklepa na eksoskelet, ki bo človeka ščitil pred drobci bombe. in granate, naboji in laserski udarci. Po želji bo na to strukturo mogoče pritrditi katere koli druge enote in naprave, vključno z raketami in težkimi mitraljezi.

V prihodnosti naj bi vojaški eksoskelet postal simbioza zaščitne robotske obleke, astronavtskega skafandra in hodečega arzenala. Poleg drugih bojnih nalog se te "obleke" lahko uporabljajo za bojne operacije v urbanih okoljih; kjer je to potrebno veliko število strelivo, močna uničujoča sila in "resna" oklepna zaščita; v izvidniških in diverzantskih akcijah za sovražnimi črtami – in nasploh povsod, kjer navaden vojak ne more preživeti. Senzorski sistem bo spremljal zdravstveno stanje vojaka ter mu nudil prvo pomoč v primeru ran in poškodb.

Vendar to ni dovolj. Vojaški oblikovalci že ustvarjajo eksoskelete za bojne operacije ne samo na kopnem, ampak tudi v vodi. Razvijalci posebno upanje polagajo na eksoskelet z dvema reaktivnima mikroturbinama in nizom kril, ki nadzorujejo, kateri vojaki bodo lahko leteli s hitrostjo več kot 100 km/h, drseli po zraku in lebdeli na višini nekaj tisoč metrov. .

Kako bo vse to izgledalo v resničnem življenju, si lahko ogledate ne samo v "Edge of Tomorrow", ampak tudi v številnih drugih znanstvenofantastičnih akcijskih filmih - "Avatar", "Starship Troopers", "District N 9" itd. Čeprav polkovnik Quaritch iz Avatarja, strogo gledano, ne nadzoruje eksoskeleta, ampak "mech" - "hodeči tank", bojno vozilo, ki se pilotira iz pilotske kabine, ki se nahaja v trupu ali glavi ogromnega mehanizma. In pogumna Ellen Ripley se v finalu "Aliens" bori s kraljico pošasti, medtem ko je znotraj hodečega nakladalca (kaj ni protoeksoskelet?)

Davnega leta 1959 je ameriški pisatelj znanstvene fantastike Robert Heinlein izdal roman "Starship Troopers", ki ga je kasneje posnel Paul Verhoeven, kjer je bil prvič opisan oklepni vesoljski skafander, v katerem so "zvezdni jezdeci" lahko tekali, skakali in leteli z uporabo raketnih motorjev. In najbolj znana filmska prednika vojaka v eksoskeletu sta bila Iron Man in neumorni Hulk iz Marvelovih stripov.

V dveh letih po pojavu stripov Iron Man, leta 1961, je ameriška vojska začela razvijati mehansko uniformo za "človeka tanka". Klasično načelo, ki so ga takrat sprejeli razvijalci, se reproducira danes: eksoskelet sledi uporabnikovim gibom in jih večkrat ojači ter ponovi z uporabo vgrajenih servomotorjev. Občutljivi senzorji superobleke beležijo mišične kontrakcije in prenašajo signale električnim motorjem, ti pa povečajo moč v okončinah človeka, medtem ko računalniki in senzorji zagotavljajo ravnotežje in orientacijo celotne strukture. Hkrati, čeprav se motorji precej hitro odzivajo na dohodne signale, oseba v eksoskeletu še vedno čuti opazno zamudo pri gibanju.

V poznem 2000-ih je Japonska ustvarila eksoskelet, ki ga poganjajo električni signali prek senzorjev, pritrjenih na kožo, namesto mišičnih kontrakcij. In v prihodnosti, kot obljubljajo isti Japonci, bodo eksoskelete nadzorovale misli.

Leta 2013 je ena od enot projekta ExoAtlet v okviru Dneva inovacij Ministrstva za obrambo Ruske federacije v Moskvi predstavila prvi delovni vzorec superobleke, prilagojene za jurišne enote in namenjene razbremenitvi vojakov. pri nošenju jurišnega ščita. Večina teže ščita - 35 kg - je padla na strukturo eksoskeleta, ki je bil opremljen z napravo za pritrditev in hitro odstranitev ščita, kar je zelo pomembno med bojnimi operacijami. Hkrati je imel vojak specialne enote proste roke za boj ali, recimo, čiščenje ozemlja.

Avtorske pravice ilustracij Thinkstock

Bodo paralizirani ljudje sploh lahko hodili? Dopisnik govori o tem, kako je njegov paralizirani prijatelj postal tester mehanskega para nog in zdaj igra nogomet

Z Danielom Fukuchijem hodiva po podzemnem hodniku vzdolž betonskih zidov, osvetljenih z močnimi fluorescentnimi lučmi. Malo zaostaja, a po pravici povedano je delno paraliziran od pasu navzdol.

Običajno z berglami Daniel odšepa nekaj metrov in se ustavi, da počiva. Toda danes se premika precej živahno in hitro premika noge, pokriva dolg hodnik. Kaj je razlog za tako nenadno preobrazbo? Eksoskelet.

Nenavadno napravo, pripeto na njegovem pasu in bokih, poganjata dva motorja na njegovih straneh in izmenično potiska noge naprej. Na vsakem koraku, z gladkim gibanjem, stroj oddaja značilen zvok: "Zzhik ... Zzhik ..."

Daniel že leto dni tedensko prihaja v klet kalifornijske univerze v Berkeleyju, kjer se nahaja laboratorij, in preizkuša eksoskelet za paraplegike.

"Mislil sem, da bi mi lahko pomagalo," pravi. "Kakorkoli že, igranje robota je zelo zabavno."

Avtorske pravice ilustracij SPL Napis slike Sprva so bili eksoskeleti ustvarjeni za potrebe vojske

Seveda ne gre le za igro, temveč za eksperimentalni del študije znanstvenikov iz Laboratorija za robotiko in ergonomijo, ki delajo pod vodstvom strokovnjaka za robotiko Homayouna Kazerunija.

Njegovi prvi poskusi pri ustvarjanju eksoskeletov so bili namenjeni temu, da bi vojakom na bojišču omogočili dviganje težke predmete. Sad tega dela je bil eksoskelet HULC, z licenco podjetja za obrambno tehnologijo Lockheed Martin. Potem pa je Kazeruni spremenil svojo usmeritev in že nekaj let dela na eksoskeletih, ki so namenjeni pomoči invalidom.

Leta 2011 je eksoskelet, ki ga je razvila njegova skupina, prišel v središče pozornosti javnosti. S pomočjo tega razvoja je študent Univerze v Kaliforniji Austin Whitney, ki je tetraplegik, lahko samostojno hodil na podelitvi diplome.

»Naš cilj je povečati neodvisnost ljudi z motnjami gibanja, tako da jim omogočimo hojo,« pojasnjuje Kazerooni (študentje ga naslavljajo preprosto s »Kaz«).

Zanj eksoskelet ni le pripomoček za hojo, ampak ključ do samostojnega obstoja.

»Za dosego tega cilja nameravam uporabiti vse znanje in sredstva, ki jih imam,« pravi, »ne bom se ustavil, dokler ne bom naredil vsega, kar je v moji moči Stojim za tem, borim se vsak dan."

Testni piloti

Kazerooniju pri tej nalogi pomagajo ljudje, kot je Daniel. Z Danielom sva prijatelja že od prvega razreda. Vse naše otroštvo smo preživeli s kolesi po predmestju in igranjem košarke na šolskem igrišču. Oba sva bila zelo šibke postave, zato sva se, ko sva se začela igrati v drugem razredu, zanašala na nenavadno tehniko metanja. Porinil sem žogo izmed nog, on pa jo je vrgel kot kopje.

Avtorske pravice ilustracij Berkeley Robotics Napis slike Daniel Fukuchi (desno) in še en testni pilot laboratorija Berkeley

Mnogo let pozneje, leta 1999, nekaj tednov pred odhodom na fakulteto, sem zaslišal zvonec na vratih. Daniel in še en naš prijatelj sta stala na pragu - rolala sta se. Vzel sem kolo in se jim pridružil. Kot se je kasneje izkazalo, je bil to za naju z Danielom zadnji tovrstni sprehod.

Konec avgusta sem že začela študirati, Daniel pa je dopustoval na Havajih. Nekega jutra se je odpravil na plažo Waikiki, da bi jezdil valove, a je tričetrt ure pozneje začutil utripajočo bolečino v križu.

Daniel je mislil, da preprosto ni v formi, na to pa ni pomislil. In ko se je čez pol ure odločil vrniti na obalo, je opazil vse večjo šibkost v nogah. V hotelu je poskusil s toplo kopeljo, a ni pomagalo in Daniel je nekaj ur pozneje, prepričan, da se mu stanje slabša, na prepričevanje očeta, ki se je z njim pogovarjal po telefonu, odpravil v bolnišnico. "Do tistega trenutka," se spominja, "sem bil popolnoma paraliziran od pasu navzdol."

Kmalu so mu diagnosticirali transverzalni mielitis, redko nevrološko bolezen, ki jo povzroča vnetje hrbtenjača. Zdravniki menijo, da je v Danielovem primeru on živčni sistem napadla ga je lastna imuniteta.

Po podatkih Nacionalnega inštituta za nevrološke motnje in možgansko kap bolezen vsako leto prizadene 1400 ljudi in 33.000 Američanov trpi zaradi neke oblike povezane invalidnosti. Nekatere bolnike je mogoče rehabilitirati, drugi pa ostanejo invalidi za vse življenje.

Občutljivost in gibljivost Danielovih nog sta se postopoma povrnili, vendar je po približno sedmih letih pozitivna dinamika izginila in danes se še vedno premika le na berglah ali v invalidski voziček. Vendar pa malo več kot eno leto pred tem je Daniel izvedel, da laboratorij Kazerooni zaposluje "testne pilote" za svoj novi eksoskelet, in se takoj odločil izkoristiti to priložnost. "Kdo bi zavrnil službo, kjer te imenujejo testni pilot?" - se zasmeji.

Podzemni laboratorij je skrit za težkimi vrati na koncu tunela. Na vratih je prilepljen majhen črno-bel portret Kazerunija. tiskane črke zapisano: KazLab. Spodnji napis se glasi: "Napredek znanosti z največjo hitrostjo!"

Laboratorij je na prvi pogled videti kot kleparjeva garaža. Na delovnih mizah in mizah, na knjižnih policah so knjige, časopisi, lepilni trak, vijaki, sorniki, matice in še marsikaj. Visoko na steni lahko vidite napis: "KAZLAB. Naše obleke bodo nosile v PRIHODNOSTI."

S stropa visi ena od teh oblek – podobna tisti, ki jo preizkuša Daniel, vendar z oporo za noge po celotni dolžini in motorji na kolenih. Za vogalom je še ena soba, kjer visi približno pet podobnih naprav - to so prototipi HULC in še več zgodnji modeli eksoskeleti.

Avtorske pravice ilustracij Getty Napis slike Moški, paraliziran po nesreči pri gradnji, nosi eksoskelet, ki ga je izdelalo podjetje Ekso Bionics

Kazeroonijevi prvi eksoskeleti so bili veliki, težki stroji, ki so popolnoma podpirali hrbet in noge osebe, ki jih je nosila. Vsak korak, vsak gib je bil motoriziran.

Večina eksoskeletov na današnjem trgu je narejenih po tem modelu: na primer eksoskelet podjetja Ekso Bionics (prej Berkeley Bionics), ki ga je Kazerooni ustanovil leta 2005. Eksoskeleti Ekso Bionics so zasnovani za uporabo pod zdravniškim nadzorom v bolnišnicah in drugod zdravstvene ustanove, kjer izvajajo rehabilitacijo bolnikov s paraplegijo in možgansko kapjo.

Po odhodu iz podjetja je Kazeruni spremenil strategijo: zdaj si prizadeva ustvariti enostavnejše naprave, ki jih je mogoče uporabljati doma, brez zunanje pomoči. Običajni eksoskeleti stanejo več sto tisoč dolarjev, vendar namerava ceno znižati na deset do dvajset tisočakov: še vedno ni poceni, a zdaj vsaj teoretično lahko nekdo kupi napravo.

Za dosego tega cilja je skupina raziskovalcev opustila željo po univerzalnosti in razvija minimalistične eksoskelete, prilagojene potrebam določene osebe.

Niso vsi z motnjami gibanja popolnoma paralizirani in niso vsi v enakem fizičnem stanju. »Izkazalo se je, da imamo cel kontinuum od Usaina Bolta do Christopherja Reeva, ki, kot veste, ob koncu svojega življenja ni mogel premakniti niti enega uda,« pravi podiplomski študent Michael McKinley, ki dela v laboratoriju.

Hitreje, bolje

Ker lahko Daniel pokrči kolena, ne potrebuje dolgega kombinezona, ki bi podpiral celotno dolžino njegove noge. Zahvaljujoč temu je zasnova postala 4,5 kg lažja in sploh ne izgleda kot eksoskelet - prej je le motoriziran kolk.

Komponente se dodajajo in odstranjujejo glede na mobilnost uporabnika. Modularni pristop olajša in poceni masovno proizvodnjo, pojasnjuje McKinley.

"S kombiniranjem različnih komponent lahko sestavite stroj, ki bo v celoti ustrezal potrebam osebe." Obljublja, da bo sčasoma naročilo eksoskeleta po meri tako enostavno kot pridobitev recepta za očala.

Daniel še naprej hodi po hodniku pred vrati laboratorija in zdi se, da bo dan, o katerem govori McKinley, prišel zelo kmalu. Da bi naredil korak, Daniel pritisne gumb na ročnem upravljalniku.

Z nami je tudi podiplomski študent Brad Perry: meri čas hoje in skrbi, da je avto v dobrem stanju. Daniel ga obvesti o morebitnih težavah. Danes na primer gumb deluje počasneje, kot je potrebno, in hoja se izkaže za neenakomerno. Škatla z elektroniko, prilepljena na njegov hrbet, je tudi odlepljena in Perry jo nenehno lepi.

Seveda je treba še veliko postoriti, a tudi v sedanji obliki eksoskelet omogoča Danielu, da hodi dlje in hitreje kot z berglami. »Brez tega opazim, kako počasneje se premikam – kako krajši so moji koraki,« pravi.

Avtorske pravice ilustracij Berkeley Robotics Napis slike Eksoskelet izpolnjuje potrebe svojega lastnika. Na primer, model je lahko lažji, če lahko oseba samostojno upogne kolena

Res je, eksoskelet je primeren le za hojo po tlakovani površini - tudi preprosta zemlja je zanj pretežka. Toda za ljudi z motnjami gibanja bi bil to preboj, ugotavlja Kazerooni.

Predstavlja si, da bo v prihodnosti eksoskelet človeku, ki je danes priklenjen na invalidski voziček, omogočal samostojno doseganje avtobusna postaja, pojdite na delo in v pisarni - vstopite v sejno sobo, pojdite do hladilnika ali se sprehodite do stranišča. Gre za preproste, a pomembne gibe, ki lahko korenito spremenijo človekovo kakovost življenja.

"Ne vem, ali bo ta naprava nadomestila invalidski voziček," pravi McKinley, "toda morda to ni naš cilj." In cilj je ljudem dati orodje, s katerim se bodo osamosvajali. Invalidski voziček kot orodje je zelo učinkovito, ugotavlja znanstvenik. Toda dolgotrajno sedenje v njem je polno težav s hrbtom, lahko povzroči nastanek preležanin in je na splošno škodljivo za vaše zdravje. Eksoskelet lastniku ne bo le omogočil, da bo dobil knjigo z zgornje police, ampak bo tudi izboljšal njegovo zdravje – preprosto tako, da ga bo postavil na noge.

Daniel pravi, da eksoskelet potrebuje predvsem za rehabilitacijo, za podporo mišični tonus in občutek ravnotežja. Poleg tega bi lahko z njegovo pomočjo hodil v primerih, ko je voziček preglomazen, hoja z berglami pa bi bila prepočasna.

»Ena od stvari, ki mi je všeč pri eksoskeletih, je neinvaziven pristop,« ugotavlja Daniel. Je kandidat za različne vrste operacije in nove vrste zdravil, ki mu lahko pomagajo ponovno pridobiti mobilnost, vendar mu eksoskelet omogoča, da doseže ta rezultat z veliko manj tveganja.

Prihodnost je že tukaj

Poleg tega, da se je udobno premikati sam, eksoskelet lastniku omogoča veliko bolj neposredno komunikacijo z drugimi ljudmi. »Biti na invalidskem vozičku je kot biti v mehurčku,« se obžaluje Daniel. Ljudje se bojijo, da bi ta mehurček počil, zato je manj verjetno, da se bodo približali in komunicirali z vami kot takrat, ko ste zdravi.

Veliko trenutkov v življenju je treba preživeti stoje, ugotavlja Daniel.

"In to je del lepote eksoskeletov - naredijo te normalnega člana družbe." Da te gledajo drugače, je včasih dovolj, da so tvoje oči v višini oči drugih ljudi. »Kakovost življenja se močno izboljša s komunikacijo,« pravi Daniel.

Na primer, ljudem se ni treba skloniti, da bi se rokovali z vami. "Ko vstanete in se rokujete, medtem ko stoje, ima ta gesta popolnoma drugačen pomen," dodaja "Občutek je popolnoma drugačen."

Še naprej gledam Daniela hodi s pomočjo eksoskeleta, najbolj neverjetno pa je, da se mi to sploh ne zdi nenavadno. Znanstveniki so si prizadevali za preprosto zasnovo, a tudi ob zavedanju tega opazite, da je naprava videti presenetljivo običajna - sploh ni videti kot naprava iz znanstvenofantastičnega filma.

Morda je to najboljša potrditev, da je prihodnost eksoskeletov že tukaj. Presenečajo nas tehnologije, ki se nam zdijo nepredstavljive, in nenavadni pripomočki, ki nam omogočajo stvari, o katerih smo prej lahko samo sanjali. A elektromehanski stroj, ki ti pomaga pri hoji ... No, ja, zakaj pa ne?

Avtorske pravice ilustracij Thinkstock Napis slike Eksoskelet lahko izboljša kakovost življenja tistih ljudi, ki so prisiljeni uporabljati invalidski voziček

Očitno obdobje eksoskeletov ne bo dolgo čakalo: po besedah ​​​​Kazerounija se bodo novi modeli pojavili v samo enem letu. Najverjetneje bodo sprva daleč od popolnosti, vendar se tehnologija nenehno razvija.

Naprava mora še pregledati organ za zagotavljanje kakovosti prehrambeni izdelki in zdravila ZDA - kar bo težko glede na to, da je namenjen za uporabo v ZDA brez nadzora specialista.

Vprašanje, ki postavlja pod vprašaj cenovno dostopnost novih naprav, je, ali jih bodo zavarovalnice pripravljene plačati. Toda za Kazeroon to ni pomembno velikega pomena. "Težave so narejene zato, da se jih rešuje," pravi, "nimam se česa bati."

Morda je Danielov zadržan in celo nekoliko lahkomiseln odnos do eksoskeleta njegova osebna lastnost. Navsezadnje tudi ob nenadnem dogodku, ki mu je vse življenje obrnil na glavo, ni izgubil notranjega ravnovesja. Na dan, ko je ohromel, je bil tudi miren in tudi medicinska sestra na urgenci ni razumela, da ne more hoditi, in ga je prosila, naj se premakne na nosila.

"Edine karte, ki jih igrate, so karte, ki jih imate v roki," pravi Daniel "Ne razmišljajte preveč o kartah, ki jih niste dobili."

Vendar ga nekaj v njegovem trenutnem stanju še vedno jezi. Preden je postal paraliziran, je rekel, da se je končno naučil natančnega strela, tako me je tisto poletje premagal v košarki. Ne igra se več, a ne obupa - navsezadnje eksoskeleti postajajo vsak dan bolj popolni. "Kdo ve," pravi, "mogoče bom nekega dne skočil na to stvar in vrgel žogo v koš."

Bojni eksoskeleti vam omogočajo, da zdržite ogromne psihične vaje, zaščitite borca ​​pred šrapneli in uporabite tudi težko orožje. fantastično? Sploh ne. Takšno strelivo se bo pojavilo v prihodnjih letih. Vabimo vas, da se seznanite z novostmi na tem področju.

Se spomnite opreme in streliva vesoljskih nadzornikov v znanstvenofantastičnem akcijskem filmu iz 90-ih let prejšnjega stoletja "Starship Troopers"? Neustrašni pehoti v futurističnih eksoskeletih, oboroženi s težkimi mitraljezi, so uničili vse na svoji poti, ne dajo usmiljenja podlim žuželkam in pajkom. fantastično? Sploh ne, takšne obleke že obstajajo in se bodo pojavile v specialnih enotah ZDA, Rusije in Japonske.

Eksoskelet - kako se je vse začelo

Sredi prejšnjega stoletja so oblikovalski inženirji družbe General Electric, ki so delali za potrebe obrambne industrije in rehabilitacijske medicine, prišli na drzno idejo - razviti zunanji okvir, ki bi operaterju omogočal neovirano prenašanje bremen, težkih 500- 700 kg. Poleg tega je moral delovne mehanizme in sistem vzvodov poganjati elektromotor na prenosne baterije.

Predpostavljalo se je, da bodo borci, oblečeni v takšne eksoskelete, lahko nastopili bojne naloge uporaba težkega orožja, postavitev mobilnih baz in hiter transport velikih tovorov tako rekoč brez pomoči pomožne opreme.

Lockheed Martin HULC bojni eksoskelet

Po seriji neuspehov leta 2012 so Američani predstavili antropomorfno hidravlični eksoskelet HULC. Model je dejansko pripravljen za uporabo v bojnih razmerah, vsekakor pa je bilo v istem letu 2012 več kompletov HULC domnevno poslanih na vroče točke za aktivno testiranje.

Najnovejši modeli HULC so opremljeni z mehansko roko, ki odlično obvladuje težko mitraljez kalibra 12,7 mm. Za zaščito upoštevamo oklepni ščit, pritrjen na titanov okvir konstrukcije. Mehanika in baterija omogočata enostavno prenašanje 70 kg bremena 7-8 ur brez polnjenja. In vse to s največja hitrost potuj z 18 km/h!

Medicinski eksoskelet Cyberdyne HAL podjetja Cyberdyne Systems

Eden najboljših konceptov eksoskeletov doslej neumornih Japoncev. Skupna teža modula je le 23 kg v načinu delovanja, zasnova lahko deluje 2 uri 40 minut brez ponovnega polnjenja iz litij-ionske baterije. Cyberdyne HAL je zasnovan za povečanje mišičnega napora operaterja in se lahko uspešno uporablja za pomoč starejšim, rehabilitacijo ranjenih ali za prenašanje težkih bremen med razkladanjem in nakladanjem. O vojaških preizkusih modela še niso poročali, vendar takšen scenarij uporabe Cyberdyne HAL v bližnji prihodnosti ni izključen.

Eksoskelet je že v odprti prodaji, njegova tržna vrednost je 4.200 tisoč ameriških dolarjev.

Eksoskelet "Fighter-21" iz ruske obrambne industrije

"Fighter-21" je domači odgovor na najuspešnejši zahodni razvoj HULC in Cyberdyne HAL. Koncept tega bojnega eksoskeleta naj bi bil predstavljen leta 2015. Po mnenju razvijalcev bo "Fighter-21" pomagal razbremeniti glavno mišično obremenitev pehote in ga zaščititi pred šrapneli in strelnim orožjem.