Бионические люди: технология экзоскелета переопределяет границы

Реклама

В Грань будущего, этим популярным научно-фантастическим фильмом, выпущенным этим летом, солдаты сражаются с инопланетянами с помощью мощных экзоскелетов, которые повышают их силу, скорость и ловкость. На серебряном экране, наряду со взрывами и потусторонними врагами, идеи кажутся голливудским изобретением, но они ближе к реальности, чем вы думаете.

Исследования экзоскелета ведутся уже более века, что привело к появлению ряда жизнеспособных прототипов. Удивительно, однако, что они фокусируются не столько на сверхчеловеческой силе, сколько на повышении выносливости и качества жизни. Исследователи в поле видят будущее 4 технологии, которые могут изменить мирПрямо сейчас наступает такое захватывающее время, чтобы жить, поскольку наука и технологии несут человечество вперед такими невероятными темпами. Кто бы мог подумать десять лет назад, что у нас будет доступ одним касанием ко всем ... Читать далее как марафон вместо спринта.

Exo-История

Человеческие экзоскелеты появились в научно-фантастические рассказы с

с 1950-х годов, но первый настоящий экзоскелет был изобретен русским изобретателем Николаем Ягном более полувека назад. Несмотря на его страну проживания, он решил подать патент в патентное ведомство США в 1890 году. Он описал свое изобретение как:

[…] Несколько пружин, приспособленных для того, чтобы выдерживать вес всего тела, накапливать и накапливать сила, приложенная таким образом, вместе с силой, оказываемой импульсом такого мертвого веса, когда в движение. - Николай Ягн, изобретатель

Его экзоскелет также использовал «аккумуляторы сжатой жидкости» для хранения энергии. По словам Николая, его изобретение дало пользователям лучшую мобильность и снизило нагрузку от бега и прыжков на теле. Извините, фанаты стим-панка; это была не машина смерти с зубчатой ​​передачей.

Первый приводимый в действие экзоскелет, названный Hardiman, был разработан General Electric в конце 1960-х годов. Массивный и грубоватый костюм выглядел очень похоже на массивные боевые костюмы, представленные авторами-фантастами. Он был разработан, чтобы существенно усилить силу пользователя, но его изобретатели никогда полностью не прибегали к средствам управления и требованиям к питанию. Как указано в окончательном отчете проекта:

Проблема человеко-машинного интерфейса в прототипе Hardiman I была серьезной. Высокий коэффициент усиления по мощности, сложность многослойной системы и тесная связь человека и машины наложили множество конструктивных ограничений и предъявляли высокие требования к существующим технологиям.

Неудача Хардимана продемонстрировала крайнюю сложность разработки экзоскелета с использованием технологий той эпохи. Еще одна попытка не была предпринята до начала 1990-х годов, когда исследователи в Кавасаки начали работу над Power Assist Suit [сломанный URL-адрес удален], экзоскелет, призванный помочь медицинским работникам двигаться неподвижно пациентов.

Взрыв новых разработок произошел после рубежа веков. Японская компания Cyberdyne представила концепцию экзоскелета HAL-3, Беркли разработал экзоскелет нижней части тела под названием Bleex, чтобы помочь солдатам переносить тяжелые грузы. на большие расстояния, и Honda собрала пару экзоскелетов нижней части тела, предназначенных для частично подвижных людей, которым в противном случае может понадобиться трость или ходунки.

Включение

Неудачный проект Hardiman - это тот тип костюма, о котором думают большинство людей, когда им предлагают представить экзоскелет. Многие из нас вспоминают образы из художественной литературы, такие как знаменитый экзоскелет, пилотируемый Сигурни Уивер (точнее, каскадером, спрятанным за ней) в Инопланетяне.

Массивный экзоскелет, безусловно, может удивить аудиторию, но его практическое использование ограничено. Батареям по-прежнему не хватает выносливости, необходимой для питания чудовищной машины в течение длительных периодов времени, а большой экзоскелет практически не справляется с погрузчиком, краном или другим транспортным средством. Современные экзоскелеты фокусируются на совершенствовании людей практическими способами, которые могут быть полезны каждый день в различных ситуациях.

Одним из последних разработок является Human Universal Load Carrier, или HULC, военный экзоскелет, разработанный Локхид-Мартином для значительного улучшения физических возможностей солдат. Основная мысль, как заявил руководитель программы Джим Ни и подробно изложен в пресс-релизе компании, для увеличения выносливости и силы, а также снижает риск получения травмы.

Это [HULC] позволяет солдатам делать то, что они не могут сделать сегодня, в то время как помогает защитить их от травм опорно-двигательного аппарата. - Джим Ни, руководитель программы HULC

Это не сильно отличается от преимуществ, которые Николас Ягн требовал для своего экзоскелета более ста лет назад, но современные технологии позволяют исследователям лучше реализовать эту идею. HULC может помочь припоям перевозить грузы весом до 200 фунтов по разной местности, сводя к минимуму риск получения травм, которые могут замедлить действия солдата в поле. Аккумуляторы питают экзоскелет, который весит более пятидесяти фунтов, а срок службы может быть увеличен до 72 часов с помощью специального оборудования.

Но Lockheed-Martin - не единственная компания в этой области. Raytheon потратил последние восемь лет на разработку XOS, которая надеется исполнить ту же роль, что и HULC. В отличие от своего конкурента, XOS покрывает значительную часть нижней и верхней части тела пользователя. Его изобретатели указывают аналогичную максимальную грузоподъемность не менее 200 фунтов, но повышение прочности распространяется на руки, которые могут выдерживать до пятидесяти фунтов без особых усилий.

Не только для солдат

Тем временем в Японии Cyberdyne продолжает разработку своего экзоскелета HAL-5. В отличие от американских аналогов, это устройство предназначено для гражданского, а не для военного использования. Компания исследует несколько моделей для использования промышленными работниками, реагирование на бедствия личные и медицинские специалисты.

Модель для нижних конечностей, предназначенная для реабилитации людей с травмами, связанными с травмами, была одобрена для использования в Европе и используется в клинических испытаниях. Первое испытание, завершено в апреле этого годапредполагает, что экзоскелет обеспечивает «очень значительное улучшение» мобильности при ношении, а также, со временем, улучшает способность того же пациента двигаться без экзоскелет. Однако в исследование были включены только восемь пациентов, поэтому необходимо проделать большую работу, чтобы подтвердить преимущества HAL.

Еще один гражданский экзоскелет, которому уделяется внимание, - это ReWalk, экзоскелет нижней части тела, который играет роль, подобную HAL. В ReWalk используются маломощные ножные двигатели, которые помогают мобильности, а также обеспечивают непрерывную работу от аккумулятора В отличие от HAL, ReWalk должен использоваться с тростью, но он также находится в процессе своего развития и был одобрен в нескольких странах. ReWalk может использоваться для реабилитации или может быть приобретен для личного использования в качестве альтернативы инвалидной коляске или мотороллеру.

Аккумуляторы не включены

FORTIS, который только начал тестировать в этом году, является новейшим экзоскелетом Локхид-Мартина. Хотя первый раунд испытаний проводится военно-морским флотом, этот экзоскелет, в отличие от HULC, предназначен только для гражданского использования. Он укрепляет тело пользователя, снижая нагрузку на тяжелые инструменты, которые морские механики часто используют для ремонта кораблей.

Используя экзоскелет FORTIS, операторы могут выдерживать вес этих тяжелых инструментов в течение длительных периодов времени с пониженной утомляемостью. - Адам Миллер, директор новых инициатив, Lockheed-Martin

Хотя ему не хватает батарей, FORTIS обладает впечатляющими способностями. Это может помочь пользователям удерживать до 36 фунтов «без особых усилий». Поначалу это может показаться не таким уж большим, но помните, что механики используют такие инструменты каждый день по несколько часов. Любой значительный вес может стать утомительным через несколько минут. Экзоскелет также помогает переносить эти нагрузки на землю, снижая нагрузку на спину и ноги пользователя.

Этот тип экзоскелета, если он окажется успешным, может стать главным благом для строителей и промышленных рабочих, которым приходится многократно поднимать скромные грузы в течение дня. Связанные с работой травмы по-прежнему распространены в этих областях и со временем могут значительно снизить качество жизни ветеранов этих областей.

Отсутствие мощности в FORTIS также снижает сложность и стоимость, что делает идею более приемлемой для широкомасштабного развертывания. С учетом сказанного, тем не менее, FORTIS все еще очень рано в своем развитии; это было впервые объявлено только в прошлом месяце. Большинство других экзоскелетных проектов разрабатывались годами, а в некоторых случаях десятилетиями, поэтому у этого проекта еще есть путь.

Все еще человек, но лучше

Центр современного экзоскелета сместился с повышения силы и скорости на повышение выносливости. В этом смысле цель состоит не в том, чтобы сделать нас намного быстрее или сильнее, чем раньше, а в том, чтобы сделать нас более долговечными и улучшить качество нашей жизни. Хотя это не гламурно, этот подход имеет смысл; мы победили подъем тяжелых грузов с помощью погрузчика.

Травма и истощение - это враги, которых нам еще предстоит победить. Усталый, раненый солдат может замедлить весь свой отряд и менее способен реагировать на угрозы, и оценка 2013 года, найденная на рабочем месте в одних только Соединенных Штатах стоимость до 250 миллиардов долларов ежегодно. Снижение напряжения и повышение выносливости могут принести пользу всем, от пехоты в бою до медицинских работников перемещение пациентов между кроватями, поэтому мы, вероятно, увидим, что экзоскелеты продолжат этот новый подход в будущем десятилетие. Экзоскелеты не дадут нам сверхчеловеческую силу или невероятную скорость - по крайней мере, в ближайшее время. Но они помогут нам жить дольше, лучше жить Как технологии могут влиять на эволюцию человекаВ человеческом опыте нет ни одного аспекта, который не был бы затронут технологиями, в том числе и самими нашими телами. Читать далее .

Кредит изображения: Lockheed-Martin, Cyberdyne