Экзоскелет что это такое


Экзоскелеты

Железный человек уже не только супергерой комиксов и кинобоевиков. Благодаря передовым технологиям в области робототехники и человеко-машинным интерфейсам во всем мире получают распространение механизированные экзоскелеты: от машин, превращающих мужчин в суперпехотинцев, до кибернетических имплантатов, достаточно интеллектуальных, чтобы позволить инвалидам двигаться самостоятельно.

Концепция увеличения человеческих возможностей стремительно переходит от мечты к реальности благодаря множеству компаний и разработчиков, создающих системы, позволяющие сделать людей быстрее, сильнее и восприимчивее.

Почему происходит эта революция? Это сочетание обсуждения этичности таких разработок светлейшими умами планеты и хищные, ненасытные стремления научно-технических корпораций перенести человечество в великолепный новый век. Раньше научные разработки, подобные этим, были бы задавлены на корню фанатиками, а теперь, если человек рождается с инвалидностью и невозможностью самостоятельно перемещаться, он все же сможет ходить и жить полной жизнью, что ранее считалось невозможным.

В японском городе Токио построена статуя робота-трансформера Гандама в натуральную величину

А теперь пристегнитесь и подготовьтесь к путешествию по самым революционным робототехническим и бионическим достижениям, кардинально изменяющим наш мир. Добро пожаловать в мир, объединяющий людей и машины.

HAL

Одна из самых полезных разработок в области расширения возможностей человека — это гибридная вспомогательная конечность, сконструированная корпорацией Cyberdyne Inc. и имеющая кодовое название HAL. Это первая в мире кибернетическая роботизированная система для поддержки и усиления ног человека, позволяющая инвалидам самостоятельно передвигаться.

Экзоскелет крепится к нижней части спины и ногам пациента и работает в несколько этапов. Сначала пациент задумывается о движении, которое хочет совершить, например, о ходьбе. Мозг пациента посылает к мышцам нервные импульсы, необходимые для осуществления движения. Парализованный человек обычно не может корректно принимать эти нервные сигналы в мышцах конечностей, но при подключении HAL такая возможность появляется. Она умеет считывать слабые вторичные биоэлектрические импульсы (потенциалы), возникающие при передаче сигналов от мозга к мышцам, с поверхности кожи человека. При обнаружении этих сигналов HAL интерпретирует движение, о котором подумал пациент, и выполняет его, что позволяет человеку двигаться.

Первый прототип экзоскелета Hybrid Assistive Limb (HAL) был разработан в 1997 году.

Самое интересное в том, что HAL может потенциально помочь парализованным людям двигаться без экзоскелета. Это достигается потому, что при каждом использовании HAL мозг пациента получает позитивную биологическую обратную связь от нижних конечностей о том, что желаемое движение было выполнено успешно. Но пройдет еще немало времени, прежде чем улучшенные версии HAL смогут обучать инвалидов двигаться без посторонней помощи.

HULC

Экзоскелет HAL корпорации Cyberdyne Inc. помогает парализованным снова начать ходить, а костюм HULC, разработанный компанией Lockheed Martin, превращает здоровых солдат в механизированных воинов, увеличивая их силу, скорость и выносливость до непревзойденного уровня.

Выбравшись за пределы комиксов и фильмов, таких как «Бросок кобры», экзоскелеты теперь помогают солдатам в полевых условиях

Гидравлический экзоскелет HULC помогает солдатам выдерживать сверхчеловеческие нагрузки, позволяя нести до 90 кг груза по пересеченной местности в течение нескольких часов без перерыва, сохраняя при этом максимальную мобильность. Это достигается путем увеличения возможностей солдата с помощью активных титановых ног и экзоскелета, управляемого компьютером и оборудованного встроенным источником питания. Этот механизм переносит вес груза на землю, обеспечивая при этом солдата силами для продолжительного, быстрого перемещения в области военных действий.

Благодаря усовершенствованной композитной конструкции и специальным материалам, HULC защищает своих пользователей от повреждений опорно-двигательного аппарата, вызываемых переносом тяжелых грузов. В действительности, если учесть, что HULC может также повысить эффективность обмена веществ человека, уменьшить потребление кислорода и снизить вероятность утомления, сложно представить будущее вооруженных столкновений без подобных механизированных воинов.

PROSTHESIS

«Простесис» — громоздкая машина, управляемая исключительно движениями человека. Разве вы не будете поражены, если узнаете, что антиробот весит около 3,5 тонны и возвышается над землей на 4,2 м?

Антиробот «Простесис» — впечатляющее расширение возможностей человека

Пилот может перемещать такую огромную машину собственным усилием благодаря интерфейсам, крепящимся к рукам и ногам и передающим движения конечностей человека четырем гидравлическим ногам робота. Точность управления и обратной связи такова, что через некоторое время управляющий роботом человек начинает ощущать экзоскелет как естественное дополнение к своему телу и, когда нагрузка на конечности робота увеличивается, человеку тоже становится труднее двигаться. Система подвески помогает пилоту ощущать, когда ноги робота касаются земли.

Проект «Простесис» разрабатывался исключительно при помощи добровольцев.

Антиробот прекрасно демонстрирует возможности экзоскелетов. Не так сложно представить в ближайшем будущем механизированных строителей, с легкостью перемещающих огромные грузы.

EKSO BIONIC

Самый продвинутый тренировочный экзоскелет Ekso Bionic разрабатывался специально для помощи парализованным людям. Во время ношения экзоскелета люди с тяжелыми заболеваниями двигательного аппарата после перенесенного инсульта, повреждения спинного или головного мозга, могут вновь освоить правильные алгоритмы ходьбы и переноса веса. Это элементарные движения, которые здоровые люди совершают, не задумываясь. Парализованным людям приходится осваивать их заново, костюм помогает им в этом и записывает каждое движение для последующего анализа.

Уникальная возможность записи, встроенная в экзоскелет Ekso Bionic, предусмотрена для каждого нового пациента с первой тренировки. Облачение в костюм занимает всего пять минут, так как костюм крепится к обычной одежде. Ekso Bionic имеет несколько встроенных режимов обучения и способен научить своего парализованного владельца ходить правильно с разной скоростью. Костюм разработан только в 2005 году, и на этом примере легко увидеть, как технологии меняют нашу жизнь.

LAND WALKER

На самой экстремальной стороне революции мехов находится «Ленд уокер» компании SakakibaraKikai — двуногий экзоскелет высотой 3,4 м и весом в 1000 кг. Его дизайн повторяет внешний вид боевых мехов из популярной научной фантастики, таких как вездеход AT-ST из серии фильмов «Звездные войны». «Ленд уокер» — первый в мире механизм такого типа, способный передвигаться на двух ногах под управлением усидчивого пилота-человека.

«Ленд уокер» попрежнему находится в разработке, но обла дает большим потенциалом

«Ленд уокер» оснащен четырехтактным двигателем объемом 250 см3 , позволяющим меху передвигаться со скоростью 1,5 км/ч, и оборудован автоматическим пулеметом, стреляющим резиновыми шариками. К сожалению, стоимость «Ленд уокера» в настоящее время очень высока — экземпляр можно приобрести за 36 млн иен (примерно 18 млн рублей), поэтому пройдет еще некоторое время, прежде чем каждый из нас сможет топать в таком костюме на работу.

Производительность текущей модели «Ленд уокера» оставляет желать лучшего, но при соответствующем финансировании разработки, такая машина в будущем может пригодиться правоохранительным органам. С его устрашающим внешним видом и, при соответствующем вооружении, боевыми возможностями, «Ленд уокер» сможет остановить преступника на любом гражданском транспортном средстве.

ENRYU

Большой, управляемый человеком робот, предназначенный для использования в условиях чрезвычайных ситуаций, T-52 Enryu (в переводе с японского «T-52 Спасательный дракон») — один из элементов спасательной операции. Высотой 3,45 и шириной 2,4 м, он оборудован семью 6,8-мегапиксельными CCD-видеокамерами и способен поднимать объекты весом до одной тонны с помощью гидравлических манипуляторов. Т-52, пожалуй, — самый совершенный мех для оказания помощи во время стихийных бедствий, проникновения в опасные районы и выдерживания условий, смертельных для человека.

Мех был построен для проведения тяжелых работ в районах бедствия японской компанией TMSUK в партнерстве с Киотским университетом и Национальным научно-исследовательским институтом Японии по пожарам и катастрофам. T-52 может управляться либо пилотом из бронированной кабины, либо дистанционно со специального пульта, при этом оператор получает контекстуальную информацию через несколько ЖК-дисплеев.

Машина специализируется на подъеме больших и тяжелых предметов, а это означает, что она может помочь людям, выжившим в землетрясениях и находящимся под обломками зданий.

Пока «Спасательный дракон» все еще на стадии разработки, но уже прошел ряд эксплуатационных испытаний и недавно был протестирован в реальных условиях во время катастрофы на АЭС Фукусима-1 в 2011 году, патрулируя область и перенося крупные радиоактивные обломки.

Лучшие из оставшихся

Kuratas

Как исполинская боевая игрушка, мех «Куратас» позволяет своему владельцу кататься в футуристической кабине и стрелять со скоростью 6000 выстрелов в минуту с помощью пары пулеметов Гатлинга.

Sarcos XOS 2

Экзоскелет, придающий нечеловеческую силу своему пользователю, в настоящее время XOS 2 испытывается армией США и в конце 2020 года планируется к вводу в эксплуатацию.

Механические ноги компании Honda

Разработка Honda под названием Body Weight Support Assist представляет собой своего рода экзоскелет, который помогает людям, имеющим те или иные повреждения опорно-двигательного аппарата, поддерживать верхнюю часть тела, снимая часть нагрузки с ног.

Тяжелый подъемник компании Raytheon

Разработанный для переноса больших ящиков, контейнеров и предметов, мех Heavy Lifter предоставляет пилоту высокую степень свободы и ловкости.

Kid’s Walker

Младший брат «Ленд уокера», «Кидс уокер» стоимостью около 1,2 млн рублей предназначен для того, чтобы дети возрастом от четырех до двенадцати лет могли пилотировать собственного мéха, оставаясь в безопасности.

История подъема мéхов

Развитие робототехнических технологий

  • 1961 г. Компания Jered Industries разрабатывает Beetle — огромного меха на гусеничном ходу весом 77 тонн. Пилот защищен стальной обшивкой.
  • 1968 г. Компания General Electric разрабатывает первую кибернетическую шагающую машину, пилотируемого меха с гидравлическими руками и ногами.
  • 1989 г. В лабораториях Массачусетского технологического института разработано маленькое робототехническое насекомое Ghenghis, способное двигаться по пересеченной местности, сохраняя равновесие.
  • 1993 г. Компания Honda представила своего первого человекоподобного робота, P1, который может ходить на двух ногах. В настоящее время этот проект развился в гуманоида «Асимо».
  • 2000 г. Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) запустило программу разработки экзоскелета, пригодного для использования в военных целях. Выбор остановился на модели Sarcos XOS.
  • 2004 г. Компания Tmsuk и Киотский университет разработали T-52 Enryu — одного из первых спасательных роботов для использования японскими аварийными службами.
  • 2006 г. Японский производитель техники Sakakibara-Kikai разрабатывает первого полноценного двуногого меха. Огромная машина в высоту составляет 3,4 м.
  • 2009 г. Компания Lockheed Martin демонстрирует универсальное транспортировочное устройство для человека (HULC) — экзоскелет, специально предназначенный для ношения американскими солдатами.
  • 2011 г. Компания Rex Bionics выпускает экзоскелет Rex — устройство, состоящее из пары роботизированных ног, которое может помочь парализованным людям вставать и ходить.
  • 2013 г. Компания Honda проводит в Чилийском реабилитационном институте испытания своего устройства Walking Assist. Цель разработки — помочь людям, перенесшим инсульт, снова начать ходить.

Топ 5 киномехов

Бродяга. Тихоокеанский рубеж (2013)

Бродяга — один из самых значимых мéхов, помогающий человечеству бороться с морскими чудовищами, стремящимися уничтожить Землю в фильме «Тихоокеанский рубеж» 2013 года.

Погрузчик. Чужие (1986)

В фильме «Чужие» Джеймса Кэмерона мех «Погрузчик», пилотируемый главной героиней Сигурни Уивер, Рипли противостоит грозной королеве Чужих.

AMP Аватар (2009)

Еще один отличный мех, придуманный Джеймсом Кэмероном, — это AMP, играющий ключевую роль в финале фильма «Аватар» и уничтожающий все на своем пути.

Носорог. Новый Человек-паук. Высокое напряжение (2014)

Русский гангстер Алексей Сицевич вырывается из тюрьмы и терроризирует Манхэттен в костюме мéха, напоминающем носорога.

APU. Матрица: Революция (2003)

Защищая оставшихся в живых людей от стражей Матрицы, мéхи APU наносят им огромный урон крупнокалиберными пушками.

Согласитесь, было бы здорово обладать органами чувств пауков в реальной жизни? Вы не поверите, но теперь это возможно благодаря интереснейшему исследовательскому проекту, реализуемому в Иллинойском университете.

Костюм SpiderSense взаимодействует с некоторыми из миллионов рецепторов кожи, позволяя передавать информацию об окружающей среде человеку, надевшему костюм. Благодаря этой технологии пользователь даже с закрытыми глазами может точно определить приближение объектов.

Костюм SpiderSense работает благодаря носимому тактильному индикатору, состоящему из набора чувствительных модулей, прикрепленных к рукам и ногам пользователя. По мере перемещения человека по комнате данные о расстоянии до объектов передаются ему через датчики, которые соответствующим образом увеличивают или уменьшают давление, считываемое рецепторами кожи и ретранслируемое в мозг. Чувствительные модули посылают и получают ультразвуковые отражения от объектов и препятствий на пути пользователя.

С практической точки зрения технология SpiderSense может быть применена для компенсации ограниченного или отсутствующего чувства, например зрения, или для усиления полнофункциональных чувств.

Поделиться ссылкой

sitekid.ru

Экзоскелеты на службе у человека

Экзоскелеты увеличивают силу человека, повышают производительность и возвращают утерянные способности. Они помогают инвалидам, облегчают труд в промышленности и совершенствуют армию.

Что такое экзоскелет

В дословном переводе с греческого экзоскелет – это внешний скелет. Автоматическая конструкция, которая восстанавливает утраченные или усиливает имеющиеся функции тела.

Он состоит из прочного каркаса и приводов, которые отвечают за перемещения. Такие системы дублируют работу опорно-двигательного аппарата, рассчитывают усилия и безопасность движений.

Экзоскелеты делают пассивными и активными. Первые не увеличивают силу и не забирают на себя физическую нагрузку, а распределяют её по телу. У активных моделей есть свой упор на земле. Они берут часть нагрузки на себя. Так пользователь поднимает больше тяжестей – получается эффект увеличения силы.

Первые экзоскелеты

Идеи о костюме, который повышает способности, зародились в фантастике. Принципы на эту тему сформулировал русско-американский инженер-механик Николай Ягн. Правда, дальше теории дело не пошло. Единственная воплощённая задумка – автоматический прибор, подающий воду в паровые котлы – «Друг кочегара».

Первый экзоскелет сделали в Пентагоне. Он назвался – Hardiman. Это был станок с большим манипулятором, в который нужно было вставлять руку для управления. Его грузоподъёмность была 110 кг, но Hardiman не принёс серьёзной пользы. Он был слишком большим и тяжёлым (680 кг).

С 1980-х – появились перспективные проекты. В 1990-х началось производство в разных странах. Костюмы по-прежнему были неуклюжими, но приближались к тому, чтобы использоваться в жизни.

Сейчас большая часть экзоскелетов делается для медицины, армии или промышленности.

Экзоскелеты для инвалидов

Ekso GT

Экзоскелет для реабилитации после инсульта и травм спинного мозга. Ekso GT – это пара роботизированных ног с костылями для ходьбы. Встроенное ПО собирает статистику о том, сколько энергии уходит на каждое движение робота, а какие действия человек выполняет сам.

Hybrid Assistive Limb (HAL)

Есть для ног (HAL 3) или для рук-ног-торса (HAL 5). Помогает поднять груз в 5 раз больше, чем может человек. Нужен для реабилитации парализованных. Приводы этого экзокостюма работают от импульсов мускул. Кроме людей с проблемами здоровья, HAL полезен пожилым, строителям, работникам МЧС.

REX

Скелет для людей с дисфункцией ног. Он помогает ходить, вставать, садиться, подниматься по лестнице, двигаться назад и даже делать «лунную походку». Пользователь управляет им с контрольной панели и джойстика.

REX может убрать осложнения, связанные с долгим пребыванием в инвалидном кресле.

Phoenix

Экзокостюм для свободной ходьбы при параличе ног. Сильно отличается от громоздких моделей прошлого десятилетия по размеру и весу (12 кг). Это возможно из-за использования только двух приводов на бёдрах. Колени поддерживаются в нужном положении за счёт систем натяжения.

eLegs

Экзоскелет для людей с параличом или нарушениями работы ног. Масса – 20 кг. Подходит для человека с ростом 157-193 см. Скорость движения – около 3 км/ч.

Костюм предугадывает действия за счёт датчиков наклона, например, помогает встать с инвалидного кресла, когда пользователь подаётся вперёд и опирается на костыли.

ReWalk

Бионический экзокостюм для пациентов с параличом ног. Он помогает стоять, ходить, идти вверх по лестнице. Управление ведётся через пульт в руке.

Военные экзоскелеты

Министерства обороны и военно-исследовательские институты разных стран ещё с прошлого века пытаются разработать лёгкую, простую и прочную систему для солдат.

В Пентагоне этим занимается агентство перспективных разработок DARPA, в России – институты и инженерные бюро, действующие по заказу Минобороны. Схожие проекты ведутся в Китае, Японии, Израиле, европейских странах.

XOS 2

Один из самых известных экзоскелетов для армии. Его задача – увеличение физических способностей солдата. Броня в снаряжение не включена.

Костюм помогает в логистике и штурмах. Он прибавляет сил, достаточных для переноса больших тяжестей, разрушения деревянных брусов и кирпичных стен.

Talos

Это комплексный костюм. У него есть функции брони и системы, увеличивающей силу. Он помогает вести бой со снаряжением до 45 кг. Костюм отслеживает жизненные показатели и даже останавливает кровотечение.

Состав и конкретные характеристики оборудования обычно не публикуются – Talos показывают на тематических выставках с общей презентацией.

ExoHiker

Этот скелет не позиционируется как армейский, но интересен для военных. Его задача – облегчить перенос тяжёлых рюкзаков во время похода. ExoHiker весит 14 кг, но снимает нагрузку 70 кг. На одном заряде без подключения солнечной батареи он проходит 65 км со скоростью около 4 км/час.

Промышленные экзоскелеты

H-Lex

Аппарат для подъёма тяжестей от Hyundai. Он подходит для маломобильных людей, но неудобен из-за больших габаритов. Поэтому основной упор сделан на работу в промышленности. Там, где приходится поднимать до 60 кг.

Chairless Chair

Этот экзостул для тех, кто работает на ногах. Он снимает напряжение в мышцах, когда нужно долго находиться в полуприседе, сидеть на корточках или стоять. Удобно для работы в цеху, на упаковочной линии, кухне, парикмахерской. Аппарат гибкий и подвижный.

Exosuit

Разработка для водолазов, которая помогает выдержать давление воды и низкую температуру на глубине 300 метров. По сути, это усиленный водолазный костюм весом в 240 кг с четырьмя двигателями.

MS-02 PowerLoader

Роботизированный костюм для многих задач. Разработчики предлагают использовать его в спасательных операциях, где нужно поднимать объекты массой до 100 кг.

В системе есть несколько манипуляторов, а в подошвах «ног» расположены датчики. Они анализируют нагрузку на человека в шести векторах и рассчитывают, сколько машинных усилий нужно приложить для помощи.

MAX SuitX

Экзоскелет для грузчиков. Конструкция дублирует опорно-двигательный аппарат, убирая с него часть нагрузки. Она постоянно висит на человеке в деактивированном состоянии, но автоматически распознаёт момент начала работы и включается.

Assist Suit AWN-03

Силовой экзоскелет от Panasonic для складских рабочих. Он закрепляется на плечах, бёдрах и пояснице. Основная задача – убирать нагрузку с позвоночника и мышц спины во время переноса тяжестей.

Российские экзоскелеты

ЭкзоАтлет

Российская разработка для реабилитации пациентов с проблемами ног и спинного мозга. Один из пилотов и амбассадоров ЭкзоАтлета – параолимпийский чемпион по кёрлингу на колясках Виталий Данилов.

Экзоскелет Стоханов

Промышленный экзокостюм от разработчиков из Перми. По расчётам, он увеличивает производительность труда в машиностроительной, строительной и аварийно-спасательной работах в 2-5 раз.

ExoBelt

Пассивный экзоскелет от компании «ЭкзоАтлант». Проект пока в стадии разработки. Предполагается, что он снимет до 40% нагрузки со спины во время переноса тяжестей.

Первым партнёром компании станет «Сбербанк». Экзоскелет будут тестировать сотрудники, которые переносят мешки с золотом и другими ценностями

Экзоскелеты будущего

Индустрия растёт: аппараты уменьшаются в размерах, функции становятся шире. Появляются модели не только для медицины, промышленности или армии:

ARAIG

Экзоскелет-контроллер для геймеров. Он создан не для переноса грузов или повышения способностей. Этот костюм погружает пользователя в игровую реальность: меняет температуру, имитирует попадание снарядов, контакт с землёй и препятствиями.

NASA X1

Костюм, разработанный Североатлантическим Космическим Агентством для космонавтов. Он нужен для работы с большими тяжестями в условиях невесомости.

У аппарата четыре привода на коленях и бёдрах и шесть сочленений. Разработчики планируют добавить ещё. Костюм подходит для работы на МКС и поддержки мышечного тонуса в невесомости – он отправляет данные о космонавтах медикам на Землю.

Где купить экзоскелет и сколько он стоит

Цена материалов делают экзоскелеты дорогими. Например, российский ЭкзоАтлет стоит больше 1 млн рублей. Костюмы иностранного производства на порядок дороже. Например, REX P – 9,5 млн рублей.

Постепенно появляются производители с менее низкими ценами. Так, Cyberdyne выпускает HAL для рук, ног и всего туловища, которые можно купить от $4 200.

Цену на аппараты лучше узнавать на сайтах производителей, но для общей информации подойдут и эти ресурсы:

  • TIU
  • AliExpress
  • RoboTrends

Читайте: Роботы в нашей жизни: как машины помогают человеку

invlab.ru

Экзоскелеты

Экзоскелеты — роботизированные костюмы, от протеза до полного закрытого скафандра, которые позволяют людям выполнять действия, либо сложные, либо невозможные. Экзоскелеты различаются по размерам, от легких манипуляторов до гигантских машин (меха). Изобретателем первого экзоскелета считается русский инженер Николай Ягн. В современности экзоскелеты набирают все большие обороты, благодаря стремительному развитию науки и техники: дают людям сверхчеловеческую силу, возможность ходить — людям с ограниченными возможностями, быстрее передвигаться и даже летать. В идеале нам нужен экзоскелет «Железного человека» из одноименного фильма. В реальности сгодится и рабочий костюм для подъема сотен килограммов без лишних усилий.

Смотря в детстве фильмы про человека-паука или бэтмена, хотели ли вы стать супергероем? Обрести сверхчеловеческие возможности после укуса паука вряд ли получится, но создать костюм, который сделает вас гораздо сильнее и проворнее обычных людей, вполне реально. Группа ученых из США и Японии, кажется, разрабатывает один из компонентов такого костюма. Созданная ими небольшая наклейка способна научить человека моментально и точно стрелять по объектам, движущимся со скоростью более 100 километров в час. Как можно настолько сильно повысить реакцию человека?

Читать далее

Что способно двигаться со скоростью 5,5 километра в час и может поднимать груз весом 90 килограммов весь день без подзарядки? Потенциально даже мы с вами, если наденем специальные экзоскелеты. Вот почему американские военные сделали заказ на полноразмерные экзоскелеты Guardian XO (да, прямо как коньяк) от производителя Sarcos: неудивительно, ведь с их помощью груз массой в 90 килограммов будет ощущаться человеком как 4,5 килограмма!

Читать далее

Уже в этом году в российские вооруженные силы начнет поступать первый серийный экзоскелет ЭО-01.02 производства компании «ГБ Инжиниринг». Система позволят упростить задачи, связанные с марш-бросками на большие расстояния и переноской тяжестей, эффективно снимая нагрузку с позвоночника. Новинка уже прошла испытания в войсках и, в частности, использовалась в Сирии. По словам генерального директора компании-разработчика изделия Сергея Смаглюка, один офицер в экзоскелете девять часов таскал на себе 35-килограммовый пульт управления робототехническим комплексом разминирования «Уран-6» и почти не устал.

Читать далее

В ближайшем будущем строительство домов будет занимать гораздо меньше времени, потому что рабочие смогут своими руками поднимать тяжелые бетонные блоки. Звучит как фантастика, но именно к этому стремятся производители экзоскелетов, позволяющих людям поднимать предметы весом в сотни килограммов так же легко, как будто это обычные пакеты с продуктами. Созданием таких устройств занимаются многие компании, но компания Sarcos Robotics продвинулась дальше всех — экзоскелет Guardian XO Max стал первым, кто полностью работает на энергии небольших батарей.

Читать далее

Южнокорейская компания LG собирается привезти на Международную выставку электроники CES-2019, которая будет проходить в начале января, обновленную версию разрабатываемого ею экзоскелета CLOi SuitBot. Кроме того, на мероприятии компания покажет обновленные версии своих роботов-помощников: PorterBot, ServeBot и CartBot. Последние предназначаются для помощи клиентам в различных сферах обслуживания.

Читать далее

С самого появления гигантского погрузчика в научно-фантастической классике «Чужие», мысль о том, что силовые экзоскелеты могут позволить рабочим переносить сверхчеловеческие веса, не давала спокойно спать новаторам в сфере тяжелой промышленности. Последние разработки предполагают, что эта идея может наконец-то перейти в реальный мир.

Читать далее

Буквально на днях мы писали о новом экзоскелете от компании LG, который поможет складским рабочим. Но любая технология применяется не только в гражданской, но и в военной сфере. И вот сейчас поступили первые подробности об отечественном экзоскелете для солдат, который может увеличить силу настолько, что позволит стрелять из тяжелого пулемета всего одной рукой.

Читать далее

Совсем незаметно экзоскелеты перестали быть чем-то, что описывается в лишь фантастических произведениях и существует лишь в виде прототипов в лабораториях крупных корпораций. Сейчас как энузиасты, так и военные разрабатывают и внедряют свои экзоскелеты. Планирует присоединиться к этой гонке и LG, которая недавно представила свой промышленный вариант экзоскелета.

Читать далее

У Ямена Сарайджи четыре руки. Две из них обнимают его. Конечности, охватывающие Сарайджи, длинные, долговязые и роботизированные, и они подключены к рюкзаку, который он носит. Руки управляются дистанционно другим человеком, который надел гарнитуру Oculus Rift VR, и который видит мир с точки зрения Сарайджи (камеры, закрепленные на рюкзаке, обеспечивают хороший обзор) и использует ручные контроллеры для управления подключенными руками.

После обнимашек роботизированные руки отпускают Сарайджи и правая рука дает ему «пять».

Читать далее

При создании роботов ученые и инженеры нередко вдохновляются самой природой. Но вот роботов на основе мифических существ встретишь далеко не так часто. Причем новое творение Centauro, названием и внешним видом отсылающее нас к существам древнегреческой мифологии, создано не ради забавы, а для спасения человеческих жизней.

Читать далее

hi-news.ru

Что такое экзоскелет?

Ну, кто из нас не хотел иметь в своем постоянном распоряжении костюм супер героя? Например, облачится в костюм из одноименного комикса компании Марвел «Железный человек», и за секунды преодолевать скорость звука или одной рукой делать перестановку в доме, ну, или, в крайнем случае, спасти Землю от гибели. «Выдумки, фантастика и несбыточные мечты» — отмахнетесь вы. Но эти мечты не так далеки, как вам кажется. Частично эти фантазии уже можно воплотить в реальность с помощью экзоскелета.

Экзоскелет (в переводе с латыни «внешний скелет») – техническое устройство, которое способно увеличивать физические способности человека благодаря каркасу. Основной задачей экзоскелета является поддержка человеческого тела при воздействии на него нагрузок, принимая «основной удар» на себя.

Экзоскелет для людей с ограниченными возможностями.

Как выглядит экзоскелет?

Конструкция внешнего скелета состоит из основного панциря, выполненного из углеродного волокна, и дополнительных трубчатых конструкций для рук и ног. Есть и такие модели, которые больше напоминают космический скафандр. Внутри устройства имеются датчики давления, при помощи которых и происходит управление.

К слову сказать, экзоскелеты, не такая уж новинка. Еще в 1890 году русский инженер Николай Ягн зарегистрировал несколько патентов в этом направлении. По его задумке, внешний скелет, должен был облегчить ходьбу и бег военнослужащих. Николай Фердинандович смог рассмотреть потенциал своего костюма в военном деле. Особый вклад в дальнейшее развитие внесли писатели-фантасты. Современные модели, безусловно, в своем развитии ушли вперед, но сфера применения практически не изменилась: военное и медицинское направление.

Прогресс не дремлет: человек покоряет космос и морские глубины, техника становится все более изощренной, но победить время и все болезни пока не в силах. Множество людей по всему миру сталкиваются с проблемой ограниченной подвижности. Причем, касается это не только пожилых людей, но и детей, взрослых. Экзоскелет возвращает возможность двигаться тем, кто ее потерял.

В военном деле «внешний скелет» получил гораздо большее развитие. Экзоскелеты помогают солдатам покорять высокие горы, переносить грузы, защищают солдат от ударов и травм. Большинство экономически развитых стран активно финансируют разработку экзоскелетов. Япония в этом особенно преуспела, оснастив модели контролируемым разумом.

Хотя современные модели гораздо легче и дешевле своих прототипов, инженерам пока удалось решить не все проблемы.

  1. Материал. В распоряжении ученых не так много материалов, которые подходят для основы конструкции. Сталь и алюминий доступны, но для длительного использования не подходят. Алюминий накапливает усталость, а сталь имеет большой вес, что приводит к снижению эффективности «костюма». Углепластик – эффективен, но дорог.
  2. Питание. В качестве питания для экзоскелета могут использоваться электрическая сеть (не самый мобильный вариант) или бензиновый двигатель-ранец (неудобно, а в военном деле еще и небезопасно).
  3. Управление.Непреднамеренные или нежелательные движения владельца, часто влекут за собой разрушительные последствия.

Еще вчера полет на Луну был мечтой отчаянных фантастов, а сегодня космонавты постоянно «совершают невозможное», недавно для связи с родными использовали почтовые службы, а сегодня достаточно воспользоваться мобильным телефоном. Вчерашняя фантастика, мифы и невероятные задумки сегодня превращаются в реальность. Пусть до функционала костюма Тони Старка современным экзоскелетам еще далеко, но кто знает, возможно, уже завтра, именно они сделаю нашу жизнь проще.

mentamore.com

Что собой представляет экзоскелет — костюм «железного человека» будущего

Помимо серьёзных экзоскелетов на всё тело, всё большей популярностью пользуются ограниченные экзоскелеты, предназначенные для выполнения специфических задач. Например, в августе этого года был показан экзостул Chairless Chair, позволяющий сидеть стоя. Компании Daewoo и Lockheed Martin независимо друг от друга показали экзоскелеты для работников судостроительных верфей. Эти устройства позволяют рабочим удерживать груз или инструмент весом до 30 килограммов, особо не напрягаясь.

В России разработкой экзоскелета под названием «ЭкзоАтлет» занимается команда учёных, собранная на базе НИИ Механики МГУ. Они продолжают начатые ещё в СССР разработки Вукобратовича, о которых мы упоминали выше. Первый рабочий пассивный экзоскелет этой команды был разработан для сотрудников МЧС, пожарных и спасателей. При весе в 12 килограммов конструкция позволяет без особых усилий переносить до 100 килограммов груза. В планах компании — разработка силовой модели ExoAtler-A, которая позволит переносить до 200 килограммов, а также медицинского экзоскелета для реабилитации людей с ограниченными возможностями.

Объединяет все эти костюмы то, что представлены они по большей части в качестве прототипов. Значит, будут совершенствоваться. Значит, их ждут полевые испытания. Значит, будут новые модели. Значит, за ними будущее. Пока говорить о том, что рабочий и полезный экзоскелет можно пойти и купить на чёрном рынке, рановато. Но начало положено, а развитие этого направления уверенно входит в широкое русло. До костюма Тони Старка нам ещё далековато, но что мешает радоваться зрелищным фильмам? Любителям зрелищных разборок с участием экзоскелетов всегда будет что посмотреть: «Чужие» (1986), «Железный человек» (2008), «Аватар» (2009),  «Район № 9» (2009), «Мстители» (2012), «Элизиум» (2013), «Грань будущего» (2014).

Одно известно наверняка: экзоскелеты в будущем будут повсюду. Они помогут нашим космонавтам освоить Марс, построить первые колонии и с удобством управляться в космосе. Они станут на вооружение в военном сегменте, поскольку по умолчанию наделяют солдат сверхчеловеческой силой. Они дадут возможность полноценно передвигаться тем, кто её потерял. Костюм Железного человека однажды станет реальным, как и всё, что вы видите вокруг.

«ЭкзоАтлет»

www.furfur.me

Как работают экзоскелеты?

Автор: Илья Хель

Если вы один из тех, кто с превеликим удовольствием посмотрел все части «Железного человека», вы наверняка были в восторге от железного костюма, который надевал Тони Старк перед боем со злодеями. Согласитесь, было бы неплохо обладать таким костюмом. Помимо возможности доставить вас в мгновение ока куда угодно, хоть в космос, хоть за хлебом, он защищал бы ваше тело от всевозможных повреждений и давал сверхчеловеческую силу.

Вас наверняка не удивит тот факт, что очень скоро облегченная версия костюма «Железного человека» позволит солдатам бегать быстрее, переносить тяжелое оружие и передвигаться по пересеченной местности. При этом костюм будет защищать их от пуль и бомб. Военные инженеры и частные компании работают над экзоскелетами с 60-х годов прошлого века, но только послдние достижения в области электроники и материаловедения приблизили нас к воплощению этой идеи так близко, как никогда до этого.

В 2010 году американский оборонный подрядчик Raytheon продемонстрировал экспериментальный экзоскелет XOS 2 — по сути, роботизированный костюм, управляемый человеческим мозгом — который может поднять в два-три раза больше веса, нежели человек, безо всяких усилий и посторонней помощи. Другая компания, Trek Aerospace, разрабатывает экзоскелет со встроенным джетпаком (реактивным ранцем), который сможет летать на скорости 112 км/ч и неподвижно зависать над землей. Эти и ряд других перспективных компаний, включая таких монстров, как DARPA и Lockheed Martin, с каждым годом приближают костюм «Железного человека» к реальности.

Интервью с создателем российского экзоскелета Stakhanov читайте здесь. 

Экзоскелет XOS 2 от Raytheon

Отметим, что не только военные получат выгоду от разработки хорошего экзоскелета. Однажды, люди с поврежденным спинным мозгом или дегенеративными заболеваниями, ограничивающими способности передвижения, смогут с легкостью перемещаться благодаря внешним каркасным костюмам. Первые версии экзоскелетов, например, ReWalk от Argo Medical Technologies, уже поступили на рынок и получили всеобщее одобрение. Тем не менее, на данный момент область экзоскелетов все еще находится в зачаточном состоянии.

Какую революцию обещают провести экзоскелеты будущего на поле боя и в мирное время? Какие технические препятствия должны преодолеть инженеры и конструкторы, чтобы сделать экзоскелеты действительно практичными для повседневного использования? Давайте разберемся.

История разработки экзоскелетов

Воины надевали доспехи на свои тела с незапамятных времен, но первая идея тела с механическими мышцами появилась в научной фантастике в 1868 году, в одном из копеечных романов Эдварда Сильвестра Эллиса. В книге «Паровой человек прерий» описывался гигантский паровой двигатель человеческой формы, который передвигал его изобретателя, гениального Джонни Брейнерда, со скоростью 96,5 км/ч, когда тот охотился на быков и индейцев.

Но это фантастика. Первый же реальный патент на экзоскелет получил русский инженер-механик Николай Ягн в 1890-х годах в Америке. Известный своими разработками конструктор более 20 лет прожил за океаном, запатентовал с десяток идей, описывающих экзоскелет, позволяющий солдатам бегать, ходить и прыгать с легкостью. Однако на деле Ягн известен только по созданию «Друга кочегара» — автоматического приспособления, подающего воду в паровые котлы.

Экзоскелет, запатентованный Н. Ягном

К 1961 году, спустя два года после того, как Marvel Comics придумала своего «Железного человека», а Роберт Хайнлайн написал «Звездный десант», Пентагон решил сделать свои экзокостюмы. Он поставил задачу создать «сервосолдата», который описывался как «человеческая капсула, оснащенная рулевым управлением и усилителями», позволявшими быстро и легко передвигать тяжелые объекты, а также защищающая носителя от пуль, ядовитого газа, тепла и радиации. К середине 60-х годов инженер Корнельского университета Нил Майзен разработал 15,8-килограммовый носимый каркасный экзоскелет, получивший название «костюм сверхчеловека» или «человеческий усилитель». Он позволял пользователю поднимать 453 килограмма каждой рукой. К тому же времени General Electric разработала похожее 5,5-метровое устройство, так называемый «педипулятор», который управлялся оператором изнутри.

Несмотря на эти весьма интересные шаги, успехом они не увенчались. Костюмы оказались непрактичными, однако исследования продолжались. В 80-х годах ученые из Лос-Аламосской лаборатории создали дизайн для так называемого костюма «Питмана», экзоскелета для пользования американским десантом. Однако концепт остался только на чертежной доске. С тех пор мир увидел еще несколько разработок, но недостаток материалов и ограничения энергоносителей так и не позволили нам увидеть настоящий костюм «Железного человека».

На протяжении многих лет производители экзоскелетов были загнаны в угол пределами технологий. Компьютеры были слишком медленными и не могли обрабатывать команды, приводящие костюмы в движение. Энергоснабжения не хватало, чтобы сделать экзоскелет достаточно портативным, а электромеханические мышцы-приводы, которые двигали конечностями, были просто слишком слабыми и громоздкими, чтобы работать «по-человечески». Тем не менее, начало было положено. Идея экзоскелета оказалась слишком многообещающей для военной и медицинской сфер, чтобы просто так расстаться с ней.

Человек-машина

В начале 2000-х годов стремление создать настоящий костюм «Железного человека» начало хоть куда-то приводить.

Оборонное агентство перспективных разработок DARPA, инкубатор экзотических и передовых технологий Пентагона, развернуло программу на 75 миллионов долларов, в рамках которой предполагалось создание экзоскелета для дополнения человеческого тела и его производительности. Список требований DARPA был достаточно амбициозным: агентство хотело получить машину, которая позволит солдату неустанно переносить сотни килограммов груза целыми днями, поддерживать крупные орудия, которые обыкновенно требуют наличия двух операторов, а также сможет вынести раненого солдата, если понадобится, с поля боя. При этом машина должна быть неуязвима к огню, а также высоко прыгать. План DARPA многие сразу сочли невыполнимым.

Но не все.

Компания Sarcos — во главе с создателем роботов Стивом Якобсеном, который до этого создал 80-тонного механического динозавра — придумала инновационную систему, в которой датчики обнаруживали сокращения мышц человека и использовали эти сигналы для управления набором клапанов, которые, в свою очередь, регулировали гидравлику под высоким давленим в суставах. Механические суставы двигали цилиндры, связанные кабелями, имитирующими сухожилия, соединяющие человеческие мышцы. В результате родился экспериментальный экзоскелет XOS, который делал человека похожим на гигантское насекомое. В конечном итоге Sarcos была приобретена компанией Raytheon, которая продолжила разработку, чтобы через пять лет представить второе поколение костюма.

Экзоскелет XOS 2 настолько взбудоражил общественность, что журнал Time включил его в список пяти лучших инновационных военных технологий в 2010 году.

Между тем, другие компании, вроде Berkeley Bionics, работали над уменьшением количества энергии, которого требовали искусственные протезы, чтобы экзоскелет мог функционировать достаточно долго и быть практичным. Один из проектов 2000-х, Human Load Carrier (HULC), мог работать до 20 часов без подзарядки. Прогресс понемногу продвигался вперед.

Экзоскелет HAL

К концу десятилетия японская компания Cyberdyne разработала роботизированный костюм HAL, еще более невероятный по своему устройству. Вместо того, чтобы полагаться на сокращения мышц человека-оператора, HAL работал на датчиках, которые считывали электрические сигналы мозга оператора. Теоретически, экзоскелет на базе HAL-5 может позволить пользователю делать все, что он захочет, просто подумав об этом, не двигая ни единым мускулом. Но пока эти экзоскелеты — проект будущего. И у них есть свои проблемы. Например, только несколько экзоскелетов на сегодняшний день получили одобрение на использование на публике. Остальные еще проходят испытания.

Проблемы развития

К 2010 году проект DARPA по созданию экзоскелетов привел к определенным результатам. В настоящее время передовые системы экзоскелетов весом до 20 килограммов могут поднимать под 100 килограммов полезной нагрузки практически без усилий оператора. При этом, новейшие экзоскелеты работают тише офисного принтера, могут двигаться со скоростью 16 км/ч, выполнять приседания и прыгать.

Не так давно один из подрядчиков оборонного агентства, Lockheed Martin, представил свой экзоскелет, разработанный для поднятия тяжестей. Так называемый «пассивный экзоскелет», созданный для работников судостроительной верфи, просто переводит нагрузку на ноги экзоскелета, стоящие на земле.

Отличие современных экзоскелетов от тех, что разрабатывались в 60-х годах, в том, что они оснащаются датчиками и приемниками GPS. Тем самым еще более поднимая ставки на использование в военной сфере. Солдаты могли бы получить массу преимуществ, используя такие экзоскелеты, от точного геопозиционирования до дополнительных сверхспособностей. DARPA также разрабатывает автоматизированные ткани, которые могли бы использоваться в экзоскелетах с целью мониторинга состояния сердца и дыхания.

Если американская промышленность продолжит двигаться этим путем, у нее очень скоро появятся суперсолдаты, которые смогут не только перемещаться «быстрее, выше, сильнее», но и переносить при этом дополнительно несколько сотен полезного груза. Тем не менее, пройдет еще по меньшей мере несколько лет, прежде чем настоящие «железные человеки» выйдут на поле боя.

Как это часто бывает, разработки военных агентств (вспомним, например, интернет) могут принести огромную пользу в мирное время, так как технологии в конечном итоге выйдут наружу и будут помогать людям. Страдающие от полного или частичного паралича, люди с повреждениями спинного мозга и атрофией мышц смогут вести более полнокровную жизнь. Berkeley Bionics, например, испытывает eLegs, экзоскелет, работающий на аккумуляторе, который позволит человеку ходить, сидеть или просто стоять в течение длительных периодов времени.

Одно можно сказать наверняка: начало процессу бурной разработки экзоскелетов было положено в начале этого века (назовем это второй волной), а чем все закончится — станет известно очень и очень скоро. Технологии никогда не стоят на месте, и если уж инженеры за что-то берутся, то доводят это дело до логического конца.

robo-hunter.com


Смотрите также