Как работают экзоскелеты, какими они бывают и где используются?

Что такое экзоскелет

Да, экзоскелет — это своеобразное «платье» или устройство, которое может увеличивать физические возможности человека благодаря особой структуре каркаса. Приставка «экзо» в переводе с латыни означает внешний, то есть внешний скелет.

Внешний скелет принимает на себя основную нагрузку, приходящуюся на человека, тем самым поддерживая его и обеспечивая дополнительную силу, устойчивость, равновесие / сильный>.

Устройство сконструировано таким образом, что оно может полностью повторять биомеханику человека и пропорционально увеличивать его физические характеристики.

По официальным данным, аналогичные разработки сейчас доступны в Японии, США, Израиле и России.

Сколько стоит экзоскелет

Основная задача, которую предстоит решить производителю, — снизить вес устройства. Именно большой вес экзоскелетов не позволил им стать популярными в прошлом веке и не позволил им развиваться в 21-м. Чтобы уменьшить вес костюма, изобретатели используют в конструкции редкие материалы, за счет чего формируется огромная стоимость экзоскелета.

Реабилитационные и медицинские экзоскелеты можно приобрести по цене от 1 млн рублей. Самые доступные модели этой категории имеют следующую цену:

1. ExoLite P (реабилитация) — 3,5 млн руб.
2. ReWalk (Ортопедия) — 6,4 млн руб.
3. REX (Реабилитация) — 9,48 млн руб.
4. ЭкзоАтлет (Реабилитация) — 3,6 млн руб.

Устройства питания для зарядных устройств имеют более низкую цену, так как принцип работы экзоскелета для бизнеса отличается от медицинских аналогов. В них реализованы простые технологические решения, небольшие по размеру — существенно помогают с нагрузками. Например, помощник по загрузке «Muscle Suit» можно купить за 400 тысяч рублей.

Есть возможность приобрести экзоскелеты для мастерской, склада или в рассрочку либо взять устройство в аренду. Костюм улучшает рабочий процесс, повышает эффективность сотрудников.

Как и положено инновационным разработкам, экзоскелеты изначально предназначались для использования в военных целях, но постепенно перекочевали в медицину и производство. В будущем стоит ожидать развития вектора развития и готовиться к внедрению экзо-устройств в общественную и домашнюю жизнь.

Поделиться: связанный контент

LAND WALKER

На более радикальной стороне меховой революции находится Land Walker Сакакибары Кикаи, двуногий экзоскелет высотой 3,4 м и весом 1000 кг. Его дизайн отражает внешний вид известных боевых роботов из научной фантастики, таких как AT-ST из сериала «Звездные войны». Land Walker — это первый в мире механизм такого рода, способный передвигаться на двух ногах под управлением прилежного пилота-человека.

Land Walker все еще находится в разработке, но имеет большой потенциал

Land Walker оснащен четырехтактным двигателем объемом 250 куб. См, который позволяет механизму двигаться со скоростью 1,5 км / ч, и оснащен автоматическим пулеметом, стреляющим резиновыми шариками. К сожалению, стоимость «Ленд Уокера» в настоящее время очень высока: его копию можно купить за 36 миллионов иен (около 18 миллионов рублей), так что пройдет какое-то время, прежде чем кто-нибудь из нас сможет натянуть такой костюм на работу.

Характеристики нынешней модели Land Walker оставляют желать лучшего, но при адекватном финансировании разработки такой автомобиль может быть полезен правоохранительным органам в будущем. Обладая устрашающим внешним видом и соответствующим вооружением, боевыми возможностями, «Ленд Уокер» сможет остановить преступника на любом гражданском автомобиле.

Применение экзоскелетов

Инновационные изобретения внедряют не только военные, но и медицина, бизнес, спорт. Одна из пока что «новых» разработок, но которая массово завоевывает рынок, — это экзоскелет. Единственный недостаток устройств этой категории — высокая стоимость. Но, как вы знаете, именно возросшая конкурентоспособность снижает цену.

Среди представленных на рынке гидрокостюмов наиболее популярны устройства для снижения физической нагрузки на организм. Подобные прототипы используются, например, в фирмах по сбору оборудования. Рабочий в экзоскелете не устает, так как вся физическая нагрузка ложится на гидравлическую систему, а не на мышцы.

Крупнейшие автомобильные компании мира уже используют устройства на своих заводах.

В медицине используются схожие по конструкции гидрокостюмы, позволяющие организовать физические нагрузки при проблемных опорно-двигательных системах, в том числе при ДЦП.

Экзоскелеты на фабриках уже есть, в будущем они будут использоваться повсеместно

Многие модели экзоскелетов регулярно используются для самых разных целей. В производстве используются в основном силовые устройства, позволяющие работать с большими весами без ущерба для здоровья. Такую же одежду носят военнослужащие. В области медицины используются ортопедические и реабилитационные товары. Рассмотрим самые популярные модели во всех категориях.

Talos

Сложный специализированный военный костюм с гидравлическим двигателем, позволяющий носить обмундирование до 47 кг. Операционная система отслеживает работоспособность тела солдата, а также помогает отслеживать ситуацию на поле боя. Полные спецификации экзоскелета Talos хранятся в секрете, поскольку это военная разработка.

У Талоса есть бронированная конструкция, которая отличает его от аналогичных костюмов

В костюм встроена аниматроника, контролируемое дыхание и различные системы для наблюдения за ситуацией в окружающей среде. Устройство оснащено броней, обеспечивающей защиту от пуль малого калибра и небольших взрывов, например мин. Экзоскелет Талоса находится в разработке, поэтому сложный костюм, скорее всего, изменится.

NASA X1

NASA X1 подходит только для космической миссии, на Земле есть более дешевые аналоги

Даже экзоскелеты не обошли космическую сферу: НАСА разработало костюм астронавта, который отслеживает состояние мышечной ткани пользователя. Устройство подходит для использования в условиях невесомости. Следите за состоянием космонавта и используйте четыре встроенных блока для поддержания мышечного тонуса.

ЭкзоАтлет

Разработка Ростеха, создана для реабилитации пациентов с проблемами опорно-двигательного аппарата, спинного мозга и, в частности, ног. Костюм помогает пациенту двигаться, а также позволяет ему «заново учиться» ходить. Это не единственный российский экзоскелет; Также ведется разработка костюма для сотрудников компании «ЭкзоАтланта», который упростит сборку, сортировку и загрузку различной продукции.

ExoAtlet работает вместе с приложением ExoAlbatros, которое ведет записи пациентов с указанием выполненного обучения, статистики и других данных. Экзоскелет используется в частных клиниках для реабилитации пациентов. Аппарат помогает при нарушениях опорно-двигательного аппарата нижних конечностей.

Chairless Chair

Устройство в виде экзостулы, предназначенное для тех, кто работает стоя. Система снимает напряжение в мышцах ног. Exostul используется в крупных компаниях, современных кухнях, упаковочных линиях, работе в небольших мастерских. Устройство легкое, гибкое и не мешает движению.

ReWalk

Ортопедический аппарат, который предполагает возвратно-поступательное движение с использованием полукорсета, взаимодействуя с обеими ногами. Самый популярный из бионических экзоскелетов. Он используется в медицине как помощник при параличе ног или детском церебральном параличе.

Аппарат управляется дистанционно пользователем экзоскелета. Устройство помогает подниматься и спускаться по лестнице, ходить и, при необходимости, вставать со стула.

ReWalk имеет большую ценность, поэтому его покупают только состоятельные клиенты. При желании на рынке можно найти недорогие аналоги, в том числе отечественного производства.

ExoHaker

Разработка западных ученых, направленная на снижение нагрузки на туристов и людей, которые ходят на большие расстояния, включая тех, кто кувыркается или бегает трусцой. Устройство работает без подзарядки целый день, при весе 14 кг способно снять нагрузку до 70 кг.

ExoHaker привлек внимание военных США, хотя изначально он был разработан для туризма.

XOS 2

XOS 2 уже поступила на вооружение США, но будет использоваться только после 2020 года

Вышеупомянутый экзоскелет используется военными США. Устройство внедрено для снижения физической нагрузки военнослужащего. В частности, костюм создавался для военных логистов, которым приходится перемещать тяжелые грузы, пули, оружие. Экзоскелет XOS 2 позволяет без труда пробивать деревянные доски и балки, разрушать бетонные заборы и кирпичные стены.

Отсутствие инновационной формы зависит от постоянного источника автономной энергии. Поэтому устройство можно использовать только в качестве стационарного помощника в логистических целях. Массовое использование Sarcos XOS 2 в армии США начнется в 2020 году.

Phoenix

Роботизированное медицинское устройство, позволяющее начать ходить даже при параличе ног или их отсутствии. Устройство имеет огромную цену, весит всего 12 кг и приводится в движение двумя моделями. Экзоскелет позволяет развивать скорость до 3 км / ч. Костюм контролируется датчиками наклона.

С Phoenix вы можете встать из инвалидной коляски, ходить с костылями или без них (если вы занимаетесь спортом), подниматься и спускаться по лестнице.

Из аналогов Phoenix на рынке также популярна модель eLegs. С помощью таких экзопротезов пациенты могут начать вести активный образ жизни и сблизиться с семьей, друзьями и обществом.

Ekso GT

Российская разработка «Экзоатлет» является аналогом западной разработки «Эксо ГТ». Аппарат используется как вспомогательное средство при ходьбе при реабилитации после операций, инсультов, травм ног и спинного мозга.

Программное обеспечение, встроенное в устройство, собирает статистику о том, сколько энергии пользователь тратит во время движения, что позволяет контролировать лечение. Робот показывает, что делают мышцы и что производится силами гидравлической системы.

MAX SuitX

Устройство для снижения нагрузки на спину, дублирующее опорно-двигательный аппарат в виде металлической конструкции. На рынке много подобных экзоскелетов — они востребованы на предприятиях, складах, в основном используются грузоотправителями.

Девайс выполняет полезную работу только в тот момент, когда зарядное устройство берет на себя большую нагрузку и начинает ее поднимать. При отсутствии нагрузки система висит у пользователя в деактивированном положении, поэтому больше не генерируется энергия или отходы.

Устройства-помощники производятся многими крупными компаниями, например Panasonic. В названии силовых экзоскелетов этой категории есть приставка «Костюм».

HAL

Одна из последних разработок, отличающаяся от аналогов роботизированной системой управления. Экзоскелет HAL значительно расширяет возможности пользователя, а также помогает людям с ограниченными возможностями начать движение самостоятельно.

HAL «учит» парализованного пациента воспринимать вторичные биоэлектрические импульсы

Роботизированный костюм управляется нервными импульсами, которые человек посылает мышцам через мозг. Экзоскелет способен воспринимать эти сигналы даже в условиях, когда тело пользователя не в состоянии это сделать.

Первый прототип устройства был представлен публике в 1997 году, но разработка и модернизация экзокостюма продолжаются и сегодня.

Сила воздуха

Мой экзоскелет основан на пневматике. В ресивер закачивается воздух, который под давлением преобразуется в энергию. Когда человек совершает движение конечностью, срабатывают резистивные датчики давления, стоящие на складках. Блок управления экзоскелетом определяет скорость и направление движения, которое задает человек. При этом костюм не сопротивляется, а перемещает исполнительные механизмы в том же направлении. Сигнал, поступающий от датчиков, обрабатывается и закрывает или открывает клапаны, подающие сжатый воздух. Когда человек берет на себя груз, костюм «фиксирует» силу груза и компенсирует ее. Человек почувствует вес, но его мышцы не будут напряжены.

Модель активного экзоскелета Auxilium Дмитрий Григорьев

Преимущество пневматического костюма в том, что воздух, нагнетаемый в пневматические цилиндры, создает постоянную поддерживающую силу без потери энергии. Сервопривод нуждается в постоянной подзарядке, чтобы поддерживать его. Работа электрокостюма требует больших электрических нагрузок, выдерживать которые не все сети. С пневматикой работать проще: при зарядке ресивер заполняется равномерно, без пиков, и у многих компаний есть пневмосети. Кроме того, нынешняя модель костюма предусматривает пневмосистему с ресивером высокого давления и будет полностью автономной: время работы от 40 минут до 3-4 часов, в зависимости от того, какие нагрузки испытывает экзоскелет и какие движения он владелец выполняет. Кроме того, это рентабельно. Текущая версия стоит около 1,5 миллиона рублей. Это в несколько раз дешевле электрических моделей — они стоят около 10 миллионов рублей.

История создания экзоскелетов

В середине 20 века экзоскелеты разрабатывались одновременно в нескольких странах. Одной из первых в этом добилась успеха компания General Electric из Америки и устройство называлось Hardiman. Конструкция была чрезвычайно громоздкой и занимала все тело. Основная цель Hardiman — помочь пользователю поднимать и переносить тяжелые веса.

Принимая во внимание, как устроен экзоскелет General Electric примерно в то же время (60-70 годы 20 века), медицинские экзоскелеты были разработаны: в Институте Михайло Пупина в Сербии и в Университете Висконсин-Мэдисон в США. Однако в серийное производство технология была запущена только в начале 2000-х, и одной из первых моделей, помогающих восстановить двигательные функции человека, стал «Локомат.

Топ 5 киномехов

Бродяга. Тихоокеанский рубеж (2013)

Бродяга — одна из самых значительных фигур, помогающая человечеству бороться с морскими чудовищами, которые пытаются уничтожить Землю в фильме 2013 года «Тихоокеанский рубеж.

Погрузчик. Чужие (1986)

В «Пришельцах» Джеймса Кэмерона робот-погрузчик, управляемый главной героиней Сигурни Уивер, противостоит грозной королеве пришельцев.

AMP Аватар (2009)

Еще один замечательный механизм, изобретенный Джеймсом Кэмероном, — AMP, который играет ключевую роль в концовке «Аватара» и уничтожает все на своем пути.

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

Русский гангстер Алексей Сицевич вырывается из тюрьмы и терроризирует Манхэттен меховым костюмом, напоминающим носорога.

APU. Матрица: Революция (2003)

Защищая выживших от стражи Матрицы, полеты ВСУ наносят им огромный урон из своих крупнокалиберных орудий.

EKSO BIONIC

Экзоскелет Ekso Bionic, самый совершенный тренировочный экзоскелет, был специально разработан для помощи парализованным людям. Во время ношения экзоскелета люди с тяжелыми заболеваниями опорно-двигательного аппарата после инсульта, повреждения спинного или головного мозга могут заново изучить правильные алгоритмы ходьбы и переноса веса. Это элементарные движения, которые здоровые люди делают не задумываясь. Парализованным людям приходится переучивать их, костюм помогает им в этом и записывает каждое движение для последующего анализа.

Уникальная возможность регистрации, встроенная в экзоскелет Ekso Bionic, предоставляется каждому новому пациенту с первой тренировки. Чтобы одеться в костюм, нужно всего пять минут, так как платье прикреплено к обычной одежде. Ekso Bionic имеет несколько встроенных режимов тренировки и способен научить парализованного хозяина правильно ходить с разной скоростью. Костюм был разработан только в 2005 году, и в этом примере легко увидеть, как технологии меняют нашу жизнь.

Для промышленности и ЧС

Russian Exorise предлагает три модели экзоскелетов: X-Soft, X-Rise и X-Arm.

• X-Soft — это мягкий экзоскелет, предназначенный для облегчения спины при сгибании и повороте с весом или без него. Весит всего 1,5-2 кг.
• X-Arm относится к линейке «тяжелых экзоскелетов» и весит около 10 кг. Благодаря прочным опорам он позволяет выравнивать вес используемых инструментов до 40 кг.
• X-Rise весит около 3 кг и поддерживает руки во время манипуляций, требующих длительного удержания.

Женская модель X-Soft (Фото: exorise.com)

Экзоскелеты Exorise пассивны, поскольку работают, накапливая и выделяя энергию без использования электрических компонентов. Используя силу тяжести, рабочий сам «заряжает» свое устройство. Разработчики утверждают, что экзоскелет можно адаптировать под разные задачи, он устойчив к износу и нагреванию. Предлагается к применению в промышленности, строительстве, на складах, при работе в МЧС.

PROSTHESIS

«Протез» — это громоздкая машина, управляемая исключительно движениями человека. Вы бы не удивились, если бы обнаружили, что антиробот весит около 3,5 тонн и поднимается на 4,2 метра над землей?

Антиробот «Протез» — впечатляющее усовершенствование человека

Пилот может самостоятельно перемещать такую ​​большую машину благодаря интерфейсам, которые прикрепляются к рукам и ногам и передают движения человеческих конечностей на четыре гидравлические ноги робота. Точность управления и обратной связи такова, что через некоторое время человек, управляющий роботом, начинает ощущать экзоскелет как естественное дополнение к своему телу, а по мере увеличения нагрузки на конечности робота это становится еще более трудным. Для человека двигаться. Система подвески помогает пилоту чувствовать, когда ноги робота касаются земли.

Проект Protesis разрабатывался исключительно с помощью волонтеров.

Антиробот отлично демонстрирует возможности экзоскелетов. Нетрудно представить себе механизированных строителей, с легкостью перемещающих огромные грузы в ближайшем будущем.

Новый «помощник» на производстве

«Промышленные экзоскелеты» — это собирательное название механических устройств, которые носят рабочие, которые предназначены для имитации структуры конечностей, суставов и мышц оператора, работают в тандеме с ними и используются в качестве усилителя или средства от усталости и уменьшения усилий. Поддержка веса тела, помощь при подъеме, поддержка веса, коррекция осанки и стабилизация тела — общие черты промышленных экзоскелетов. Они уже используются во многих отраслях промышленности, например, Toyota активно начала закупки для своих сотрудников, отметив снижение стоимости компенсации за несчастные случаи на производстве.

Пример использования промышленных экзоскелетов

полезно думать о промышленных экзоскелетах как о «носимых» роботах, которые используют интеллект человека-оператора, а также силу и выносливость промышленных роботов. Как и традиционные роботы, они решают повторяющиеся задачи, которые нельзя автоматизировать традиционными методами и которые требуют больших физических усилий. В этом смысле технологию экзоскелета можно рассматривать как промежуточное решение между крайностями полностью ручной работы и теми задачами, которые требуют вмешательства типичных промышленных роботов.

Промышленные экзоскелеты бывают разных типов и могут помочь укрепить различные части тела, например, промышленный экзоскелет Gogoa ALDAK предотвращает травмы бедра и спины при многократном подъеме тяжелых предметов, а также поддерживает мышцы спины в сложных положениях, компенсируя вес от 5 до 15 кг. Оператор может носить мягкий экзоскелет ALDAK самостоятельно, без посторонней помощи, настроить экзоскелет под свой размер и сразу же приступить к работе. Также существует версия ALDAK Active от того же производителя, которая позволяет компенсировать вес до 45 кг, однако эта модель потребует зарядки, поэтому при работе с ней также следует рассчитать время зарядки устройства. Стоит отметить, что сам экзоскелет весит всего 3,5 кг, поэтому при носке он не доставит рабочих неудобств. Также существуют модели экзоскелетов, которые помогают удерживать руки в приподнятом положении. Это помогает избежать вреда при работе на весу, увеличивает рабочее время сотрудника, компенсируя вес груза с 3 до 15 кг.

Промышленный экзоскелет, модель БЕСК Г Гогоа Россия; https://madamza.com

В отличие от моторизованных экзоскелетов, которые чаще всего стоят не менее 15 000 евро, немоторизованные экзоскелеты или «пассивные» экзоскелеты повышают прочность и обеспечивают стабильность за счет комбинации контролируемых человеком механизмов сгибания / разгибания и блокировки, их стоимость намного ниже, и этот тип составляет можно приобрести по 900 евро. Безмоторные Exos для коммерческого и промышленного использования, включая Paexo от Ottobock, AIRFRAME от Levitate Technologies, ALDAK, Exosoft от Gogoa Cyber ​​Human Systems, Laevo от Laevo.

Какие бывают?

Инженеры создали разные типы экзоскелетов для удовлетворения потребностей в различных областях. Во-первых, они могут быть активными и пассивными по принципу работы. Нетрудно догадаться, что активный экзоскелет имеет в своей конструкции предусмотренную батарею, за счет которой происходит движение исполнительных механизмов. Сразу можно представить себе аналог костюма «Железного человека» из фантастической Кинематографической вселенной Marvel. Устройства с электроприводом способны многократно увеличивать силу, прикладываемую человеком.

Активным экзоскелетом можно управлять с помощью контроллеров нескольких типов:

• взаимодействие сил;
• крутящий момент / прочность;
• положения.

Отправка команд на сами контроллеры осуществляется за счет воздействия определенного набора движений. В случае изменения веса, нагрузки, положения система реагирует соответствующими действиями.

В отличие от активных экзоскелетов, пассивные экзоскелеты не требуют дополнительного источника энергии, а весь принцип их действия основан на фундаментальных законах механики. Благодаря использованию в конструкции рычагов и противовесов костюм равномерно распределяет нагрузку и снижает ее в среднем на 30%. В настоящее время существуют подъемники для персональной помощи и возвратные устройства, не обеспечивающие возможности сгибания. Оба имеют каркас, который выполняет основную функцию поддержки и распределения нагрузки. Подробнее о характеристиках этих и других моделей читайте в статье «Чем отличается активный экзоскелет от пассивного?».

Кроме того, экзоскелеты делятся по способу ношения:

• руками;
• для ног;
• для коленных суставов;
• для спины.

Механизмы используются как самостоятельные вспомогательные устройства, так и как элементы всего костюма. Одним из примеров является комбинация элементов руки и спины, которые часто используются операторами для более четких и качественных снимков.

Для ходьбы и бега

Команда инженеров под руководством Конора Уолша из Гарвардского университета представила в 2019 году носимый экзоскелет, который может снизить потребление энергии при ходьбе и беге. Он сжимает ноги в определенных точках движения. Во время ходьбы экзоскелет снижает потребление энергии на 9,3%.

Экзоскелет для ходьбы и бега

Экзоскелет состоит из нескольких взаимосвязанных частей. Они прикрепляются к бедрам, талии и плечам. На тыльной стороне устройства находится блок с электродвигателями, соединенными двумя кабелями. На других концах эти тросы прикреплены к бедрам. Когда нога отводится назад, трос натягивается электродвигателем и облегчает работу мускулов.

В 2020 году ученые Стэнфорда разработали свой прототип экзоскелета, который снижает нагрузку на ноги при беге и ходьбе. Позволяет снизить потребление энергии на 15% на ходовой%.

Экзоскелет крепится к голени с помощью ремней, а также крепится к обуви веревкой, которая оборачивается под стопой. Экзоскелет имеет небольшую поддерживающую платформу из углеродного волокна, которая умещается под ногой. Он приводится в действие с помощью системы тросов, натягиваемых или отпускаемых внешними электродвигателями.

Прототип экзоскелета инженеров Стэнфорда

Такие экзоскелеты облегчат работу курьерам и почтальонам, а также рабочим из других сфер, которым необходимо много гулять.

Для больших нагрузок

Японская компания Aton представила несколько прототипов экзоскелета KOMA 1.5, усовершенствованного костюма, который помогает легко садиться и садиться, переносить тяжелые предметы с помощью манипуляторов и поддерживать движение. Благодаря встроенным камерам искусственного интеллекта экзоскелет обнаруживает препятствия и избегает их.

Прототип экзоскелета КОМА 1.5 (Фото: atoun.co.jp)

KOMA 1.5 имеет два режима. Первый, «Buggy Mode», позволяет перемещать товары по гладкой и ровной поверхности, например, внутри склада. Второй, «Двуногий режим», предназначен для подъема груза и преодоления препятствий. В этом режиме колеса экзоскелета убираются, образуя две моторизованные ноги, которые повторяют движения ног человека.

В России в 2021 году робототехнические комплексы Ростех — Trusted Platforms приступили к производству модульных экзоскелетов ProEXO, защищающих рабочих от физических нагрузок. Базовая стоимость комплекса — 30 тыс. Руб.

Экзоскелет ProEXO

Такой экзоскелет может быть пассивным — для защиты опорно-двигательного аппарата наркомана от перегрузок, или активным — со встроенными приводными двигателями, которые выполняют большую часть физической активности. Помогает выполнять более 11 производственных операций, включая погрузочно-разгрузочные работы. Компания заявила, что «с экзоскелетом 30 кг полезной нагрузки будут ощущаться как 15 кг».

HULC

Экзоскелет HAL от Cyberdyne Inc снова помогает парализованной походке, а костюм HULC, разработанный Lockheed Martin, превращает здоровых солдат в механизированных воинов, увеличивая их силу, скорость и выносливость до непревзойденного уровня.

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

Гидравлический экзоскелет HULC помогает солдатам выдерживать сверхчеловеческие нагрузки, позволяя им перевозить до 90 кг груза по пересеченной местности в течение нескольких часов без перерыва, сохраняя при этом максимальную мобильность. Это достигается за счет улучшения способностей солдата с помощью активных титановых ног и экзоскелета с компьютерным управлением, оснащенного встроенным источником питания. Этот механизм переносит вес груза на землю, давая солдату силу для быстрых и длительных передвижений на поле боя.

Благодаря передовой композитной конструкции и специальным материалам, HULC защищает своих пользователей от повреждений опорно-двигательного аппарата, вызванных переноской тяжелых грузов. Действительно, учитывая, что HULC может также улучшить метаболическую эффективность человека, снизить потребление кислорода и снизить вероятность усталости, трудно представить будущее вооруженной конфронтации без таких механизированных воинов.

История подъема мéхов

Развитие роботизированных технологий

• 1961 год. Jered Industries разрабатывает Beetle, огромного 77-тонного гусеничного меха. Пилот защищен стальной оболочкой.
• 1968 General Electric разрабатывает первую кибернетическую шагающую машину, управляемую роботами с гидравлическими руками и ногами.
• 1989 В лабораториях Массачусетского технологического института создается маленькое роботизированное насекомое по имени Чингис, способное перемещаться по пересеченной местности, сохраняя равновесие.
• 1993 Honda представила своего первого гуманоидного робота P1, который может ходить на двух ногах. Этот проект сейчас превратился в гуманоида Asimo».
• 2000 Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) запустило программу по разработке экзоскелета, пригодного для использования в военных целях. Выбор остановился на модели Sarcos XOS.
• 2004 г. Тмсук и Киотский университет разработали T-52 Enryu, один из первых роботов-спасателей для использования японскими службами экстренной помощи.
• 2006 г. Японский производитель оборудования Sakakibara-Kikai разрабатывает первый полноценный мех двуногого животного. Высота огромной машины составляет 3,4 метра.
• 2009 Lockheed Martin демонстрирует Универсальное транспортное устройство человека (HULC), экзоскелет, разработанный специально для ношения американских солдат.
• 2011 Rex Bionics запускает экзоскелет Rex, устройство, состоящее из пары роботизированных ног, которые могут помочь парализованным людям вставать и ходить.
• 2013 Honda тестирует систему помощи при ходьбе в Чилийском реабилитационном институте. Цель развития — помочь людям, перенесшим инсульт, снова начать ходить.

Спасатель будущего

Одной из основных характеристик экзокостюма является его вес и габариты, что особенно важно для спасательных служб, например МЧС. Раньше мой костюм весил почти 100 кг, но использование композитных материалов в новых прототипах позволило снизить вес до 45 кг. Удалось уменьшить размеры экзоскелета без потери прочности соединений конструкции. Для этого я напечатал детали на 3D-принтере, а затем вручную применил углепластик к полученным заготовкам. Процесс довольно трудоемкий, так как затем необходимо обработать детали и довести их до нужной формы с помощью шлифовального станка.

Новый костюм будет изготавливаться более технологично, из двухкомпонентного пластика с армированием углеродным волокном.

Не менее важна подвижность экзоскелета. Существующие образцы не обладают достаточной степенью свободы, чтобы гарантировать естественное движение человека. Мы хотим представить костюм, который не сковывает движения человека. Набивка еще не сделана, но сам костюм должен быть более анатомическим. Также будет решена проблема регулировки размера костюма. Его можно регулировать по высоте от 170 до 190 см за счет косозубых шестерен на шарнирах. Также будем работать над грузоподъемностью. Обычные пневматические приводы, доступные в настоящее время, работают до 12 атмосфер (150 кг).

Мы также работаем над пассивными версиями экзоскелетов, которые необходимы в страйкболе. Один из организаторов игр предложил интегрировать разработку в «битвы» танков: щит должен удерживаться самим экзоскелетом с помощью «третьей руки». Это будет прорыв с двумя танками в экзоскелетах над головой. «Костюм» не должен мешать движениям пользователя и иметь защиту.

Модель пассивного экзоскелета линкора MEP-3P

Так почему российским компаниям придется использовать промышленные экзоскелеты?

Старение населения с падением рождаемости в развивающихся странах ведет к нехватке рабочих рук. Примерно к середине 21 века средняя продолжительность жизни на планете, как ожидается, приблизится к 80 годам, соответственно, значительное число людей доживет до 100 лет и более.

Увеличение продолжительности жизни в развитых странах сопровождается снижением рождаемости. В результате общее старение населения приведет к нехватке квалифицированных рабочих. По оценкам Бюро статистики труда США, относительная доля работающего населения в США к 2030 году снизится до менее одного работника на одного работника, что привело к нехватке рабочих. Такая же ситуация наблюдается в Европе. Например, в Германии средний возраст населения 46 лет для сравнения, в 2000 году этот показатель не превышал 40 лет.

Коммерческие преимущества промышленных экзоскелетов интуитивно очевидны, и некоторые из них можно измерить. К ним относятся повышение эффективности и производительности. В некоторых случаях экзоскелеты могут использоваться вместо промышленных роботов, что устраняет необходимость в дорогостоящих «полных» решениях для автоматизации. Экзоскелеты также могут позволить пожилым работникам продолжать выполнять трудоемкие задачи, что очень важно для этого сектора экономики, поскольку молодые люди теперь не хотят работать в промышленности, предпочитая другие виды деятельности. Поэтому для бизнеса внедрение экзоскелетов — это возможность продлить жизнь сотруднику, не тратить время на обучение и поиск нового кандидата, а также снизить риск получения травм на рабочем месте.

Нехватка рабочих в возрасте от 21 до 55 лет из-за старения населения и падения рождаемости потребует новых решений. Компании пойдут по двум направлениям:

• 01) устранение дефицита за счет автоматизации процессов и внедрения роботов в производство;
• 02) создать подходящие условия для пожилых, но опытных работников

В первом случае роботы просто заменят недостающий персонал или повысят эффективность молодых рабочих. На производстве техник управляет несколькими автоматизированными системами сборки с помощью интуитивно понятной системы. На складе десятки логистических роботов сканируют, упаковывают и доставляют товар, а оператор проверяет правильность работы всех систем

Как уже говорилось выше, полностью заменить ручной труд на производстве на 100% сейчас невозможно, поэтому компаниям придется создавать условия труда для старых сотрудников. В противном случае производственные работы окажутся под угрозой.

Сегодня основным преимуществом использования экзоскелетов для промышленных работ и ключевым фактором при их реализации является сокращение количества травм, связанных с рабочими, и, как следствие, снижение затрат на здравоохранение и снижение трудоспособности. Косвенным эффектом улучшения здоровья рабочих является сокращение текучести кадров, среди прочих преимуществ.

ENRYU

Большой робот с приводом от человека, предназначенный для аварийного использования, T-52 Enryu (в переводе с японского «T-52 Rescue Dragon») является одним из элементов спасательной операции. Обладая высотой 3,45 метра и шириной 2,4 метра, он оснащен семью 6,8-мегапиксельными ПЗС-камерами и способен поднимать предметы весом до одной тонны с помощью гидравлических рычагов. Т-52, пожалуй, самый продвинутый робот для помощи при стихийных бедствиях, проникновения в опасные районы и противостояния условиям, смертельным для человека.

Мех был создан японской компанией TMSUK в сотрудничестве с Университетом Киото и Национальным научно-исследовательским институтом пожаров и стихийных бедствий Японии для тяжелых работ в зонах стихийных бедствий. Т-52 может управляться либо пилотом из бронированной кабины, либо дистанционно с выделенного пульта, в то время как оператор получает контекстную информацию через несколько ЖК-дисплеев.

Машина специализируется на подъеме больших и тяжелых предметов, а это значит, что она может помочь выжившим после землетрясения и обломкам.

Хотя Rescue Dragon все еще находится в разработке, он уже прошел ряд эксплуатационных испытаний и недавно был испытан в реальных условиях во время аварии на атомной электростанции Фукусима-1 в 2011 году, патрулируя территорию и перевозя большие радиоактивные обломки.

Лучшие из оставшихся

Kuratas

Подобно гигантской боевой игрушке, мех Куратаса позволяет владельцу заехать в футуристическую кабину и стрелять со скоростью 6000 выстрелов в минуту из пары пистолетов Гатлинга.

Sarcos XOS 2

Экзоскелет, который наделяет пользователя сверхчеловеческой силой, XOS 2 в настоящее время проходит испытания в вооруженных силах США и, как ожидается, поступит на вооружение в конце 2020 года.

Механические ноги компании Honda

Разработка Honda, называемая Body Weight Support Assist, представляет собой своего рода экзоскелет, который помогает людям с некоторым типом повреждений опорно-двигательного аппарата поддерживать верхнюю часть тела, снимая часть нагрузки с ног.

Тяжелый подъемник компании Raytheon

Механизм Heavy Lifter, предназначенный для перевозки больших ящиков, контейнеров и предметов, предлагает пилоту высокую степень свободы и ловкости.

Kid’s Walker

Младший брат Land Walker, Kid’s Walker, стоимостью около 1,2 миллиона рублей, создан таким образом, чтобы дети в возрасте от четырех до двенадцати лет могли летать на собственном меху, оставаясь при этом в безопасности.

Где применяются?

Эта уникальная и полезная разработка может применяться во многих сферах жизни человека, делая ее более комфортной, легкой и удобной. Наиболее активные области применения технологии:

1. Лекарственное. Опорные рамы необходимы тем пациентам, которые частично или полностью утратили способность двигаться. Также они позволяют более успешно проводить реабилитационные мероприятия после серьезных травм и заболеваний.
2. Защита. Это одна из самых насыщенных сфер применения, в которой сосредоточено большое количество разнообразных моделей. Не стоит сразу представлять себе универсальных солдат, способных выследить и истребить врага в любых условиях. Экзоскелеты используются не только в боевых действиях, но и в качестве вспомогательного оборудования во время спасательных и разведывательных операций.
3. Промышленность. В этой отрасли экзоскелеты используются для выполнения работ, требующих высокой физической силы. То есть для погрузки / разгрузки различных тяжелых строительных материалов, на предприятиях тяжелой промышленности для обработки некоторых видов продукции.

Как видите, использование экзоскелета оправдано во многих сферах, поэтому ученые с большим энтузиазмом продолжают работать над технологией, постоянно ее улучшая. Используя принцип действия экзоскелета, инженеры наверняка смогут создать множество других полезных устройств, делающих жизнь человека более совершенной и безопасной.