Exoschelet științific. Exoscheletele în medicină
A existat o cerere (sau o întrebare) de a scrie despre exoscheletele folosite.
Ce este un exoschelet? Acest " exoschelet”, care, datorită cadrului, crește puterea unei persoane. El trebuie să urmeze biomecanica, care îi va permite să mărească proporțional forța în timpul mișcărilor. Printre domeniile de aplicare ale exoscheletelor se numără afacerile militare, Agricultură si medicina.
Cer informații despre astfel de evoluții în domeniul medical.
Primul exoschelet
În primul rând, puțină istorie. Ca multe invenții, exoscheletul a venit la noi din sfera militară. Primul exemplu a fost dezvoltat de General Electric și armata SUA în anii 1960. Pare impresionant, nu-i așa? El a transformat efortul pe care îl faci pentru a ridica patru kilograme și jumătate în 110 kg.Dar avea două dezavantaje: cântărea 680 kg și incapacitatea de a compara mișcarea cu mișcarea unei persoane. Adică el părere după ce a început mișcarea, nu am primit-o de la persoană.
Apoi au fost dezvoltate în mod repetat exoscheletele pentru armată. La urma urmei, pot crește foarte mult capacitatea de transport a unui soldat, astfel încât acesta să poată lua cu el o mitralieră și echipament mai mare la regiment.
Cine mai trebuie să-și mărească puterea? Pentru cei care au prea puțin. Pentru cei care sunt paralizați și nu pot merge independent. Ei sunt cei care pot fi ajutați prin astfel de proiecte.
Exoschelet pentru o asistentă
Cine, dacă nu japonezii, ar trebui să vină cu exoschelete pentru îngrijirea bătrânilor? Doar în acest caz este o preocupare pentru cei tineri - asistentele care trebuie să ridice și să mute pacienții. Scopul unui astfel de exoschelet, precum robotul Ribo, este de a se schimba.Power Assist Suit a fost introdus în Japonia în anii 1990.
Mai târziu, HAL, un costum de exoschelet cibernetic, a fost introdus în Japonia. Inițial, a fost conceput special pentru ridicarea și mutarea pacienților. În plus, ar putea ajuta persoanele în vârstă și persoanele cu dizabilități să se deplaseze independent.
ReWalk
Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente a înregistrat doar primul exoschelet pentru reabilitarea pacienților cu leziuni ale coloanei vertebrale în această vară.ReWalk de la dezvoltatorii israelieni are o telecomandă telecomandă in forma ceas de mână. Este mai bine să folosiți cârje pentru stabilitate suplimentară. Orice e mai bine decât să stai pe un scaun, cred.
În urmă cu câțiva ani, acest costum a ajutat o femeie paralizată să termine un maraton.
ExoAtlet
ExoAtlet este o dezvoltare rusă. Este destinat „pentru verticalizarea și mersul unui pacient cu funcțiile locomotorii afectate ale extremităților inferioare”.Inainte de scara industriala producția este încă departe, dar prototipul, judecând după informațiile de pe internet, este deja în funcțiune. Dacă aveți ceva de adăugat pe acest subiect, vă rugăm să scrieți în comentarii sau în mesaje private.
Exoschelete moi
Un exoschelet flexibil care reproduce biomecanica piciorului uman poate fi o direcție promițătoare în acest domeniu. La urma urmei, glandele din jurul piciorului sunt în mod clar inferioare părților sănătoase ale corpului în ceea ce privește manevrabilitatea.Mai multe universități și dezvoltatorul de senzori purtabili BioScience dezvoltă această „suprapunere” cu mușchi artificiali, senzori și software. Aici puteți vedea atât tendoane artificiale, cât și mușchi artificiali întinși din exteriorul piciorului.
Marea dificultate constă tocmai în flexibilitate: de aceea metodele de control, adică senzorii, trebuie să fie deosebit de precise.
Un astfel de echipament va ajuta nu numai persoanele cu mobilitate redusă a piciorului și gleznei (deocamdată, doar dispozitivul funcționează acolo), dar în viitor poate fi folosit în alte zone - pe mâini, de exemplu.
Acest videoclip arată clar mușchii artificiali și, de asemenea, arată senzorii folosiți în acest exoschelet moale.
printare 3d
Imprimantele 3D în medicină pot fi foarte utile. Cum au ajutat-o pe Amanda Boxtel, paralizată de la brâu în jos. Specialiștii de la 3D Systems i-au scanat corpul și, împreună cu EksoBionics, au imprimat acest exoschelet.Cred că este uimitor de mișto să poți sta din nou pe picioarele tale după ani în care nu poți merge.
Robosuit și fotbal
Giuliano Pinto a lovit mingea la deschiderea Cupei Mondiale FIFA 2014. Nu părea nimic interesant - a dat cu piciorul și cu piciorul. Dar este complet paralizat, acest tip de 29 de ani. El controla exoscheletul cu ajutorul propriului creier, și nu cu ajutorul telecomenzii sau cu propriile picioare, în care a rămas cel puțin o oarecare posibilitate de mișcare.Creatorul acestui exoschelet este Miguel Nicolesis din Brazilia. Guvernul țării i-a alocat 14 milioane de dolari pentru aceste dezvoltări, ceea ce nu este o sumă atât de mare în comparație cu cât se cheltuiește pentru proiecte similare în Statele Unite.
Va fi neurofeedback-ul viitorul în proteze și exoschelete? Mi se pare evident că munca în această direcție ar trebui realizată cu forță teribilă. Dar pentru aceasta este necesar să atragem investiții.
έξω - extern și σκελετος - schelet) - un dispozitiv conceput pentru a crește forța umană datorită cadrului extern.Exoscheletul urmează biomecanica umană pentru a crește proporțional efortul în timpul mișcării. Potrivit rapoartelor de presă deschise, mostrele reale de lucru au fost create în prezent în Japonia și SUA. Exoscheletul poate fi integrat într-un costum spațial.
Poveste
Primul exoschelet a fost dezvoltat în comun de General Electric și armata Statelor Unite în anii 60 și a fost numit Hardiman. Putea ridica 110 kg cu o forță de ridicare de 4,5 kg. Cu toate acestea, a fost nepractic din cauza masei sale semnificative de 680 kg. Proiectul nu a avut succes. Orice încercare de a folosi un exoschelet complet a dus la o mișcare intensă necontrolată, ducând la testarea acestuia niciodată cu o persoană înăuntru. Studiile ulterioare s-au concentrat pe un braț. Deși trebuia să ridice 340 kg, greutatea sa era de trei sferturi de tonă, adică de două ori capacitatea de ridicare. Fără a pune toate componentele împreună să funcționeze uz practic Proiectul lui Hardiman era limitat.
Direcții de dezvoltare
Principala direcție de dezvoltare este utilizarea militară a exoscheletelor. Scopul este de a crea armuri care să se combine putere de focși armura tancului, mobilitatea și viteza unei persoane și creșterea semnificativă a puterii celui care folosește exoscheletul.
Un alt domeniu posibil de aplicare pentru exoschelete este ajutarea persoanelor accidentate și a persoanelor cu dizabilități, a persoanelor în vârstă care, datorită vârstei, au probleme cu sistemul musculo-scheletic.
Modificările exoscheletelor, precum și modelele individuale ale acestora, pot oferi o asistență semnificativă salvatorilor la curățarea dărâmăturii clădirilor prăbușite. În acest caz, exoscheletul poate proteja salvatorul de căderea resturilor.
În zilele noastre, un mare obstacol în calea începerii construcției de exoschelete cu drepturi depline este lipsa surselor de energie adecvate care ar putea permite mașinii să funcționeze autonom pentru o perioadă lungă de timp.
În cultura populară
- În jocul „C&C: Red alert 3” toate cele 3 părți au exoschelete. Pentru URSS este un costum al unui operator de PC Tesla, pentru Alianță este un costum de Cryo (Chrono) - Legionar, iar pentru Imperiu este un costum de îngeri de luptă. În părțile anterioare ale seriei, exoscheletele sunt adesea folosite destul de larg.
- Conceptul de armură cu exoschelet a fost conturat pentru prima dată în romanul Tom Swift and His Jet Marine ( Engleză), publicată în 1954.
- În romanul lui I. A. Efremov „Nebuloasa Andromeda” (1957), expedițiile stelare au folosit „schelete săritoare” electromecanice purtate peste costumele spațiale pentru a se deplasa în condiții de gravitație crescută.
- Eroii romanului lui Robert Heinlein Starship Troopers (1959) folosesc costume de luptă blindate cu exoschelete integrate care le permit să alerge și să sară la înălțimi mari folosind motoare rachete încorporate, echipate cu o varietate de arme și alte echipamente.
- În romanul lui Stanislaw Lem Fiasco (1987), pilotul Angus Parvis caută un grup de oameni dispăruți, care include unul dintre eroii obișnuiți ai lui Lem, pilotul Pirx. Pentru a căuta, Parvis folosește un exoschelet umanoid uriaș („marele mers”) - Diglator.
- În universul Warhammer 40.000, exoscheletele (sau, mai degrabă, armura de putere echivalentă teoretic cu acestea) sunt folosite de frații de luptă ai Space Marines, precum și de Surorile Luptei. Iar trupele Imperiului Tau folosesc o serie de exoschelete. Recunoaștere XV15, XV25, cu câmpuri de camuflaj, lovitură XV8 „Criză”, echipat cu motoare cu reacție și o gamă largă de arme, exoschelete de sprijin la foc XV88 „Broadside” (de fapt, datorită dimensiunii (3 metri înălțime) și prezenței a cabinei XV8 „Crisis” și XV88 „Broadside” nu pot fi considerate exoschelete, deși au un nume similar cu „costul de luptă” XV15 și XV25), echipate armă puternicăși comanda experimentală exoschelet XV22.
- În universul StarCraft, soldații de picior terestre (precum și războinicii Protoss) poartă exoschelete.
- În universul jocurilor din seria „Fallout”, puteți folosi și „ armură de putere„, această armură folosește un reactor nuclear în miniatură pentru a o alimenta. Mărește clasa de apărare a personajului și puterea lui.
- Pe care se bazează jocurile „Operation Silent Storm” și „Operation Silent Storm: Sentinels”. istorie alternativă Al Doilea Război Mondial, unde exoscheletele de luptă Panzerklein (distorsionate în germană) au fost incluse în gama de arme efectiv existente în acei ani. rezervoare mici), capabil să poarte diverse arme ( tunul avionului ShKAS, pușcă antitanc etc.).
- În serialul animat Echo Platoon, principalul tip de echipament militar sunt avioanele cu ecou, care sunt în esență exoschelete.
- Ideea unui exoschelet este folosită în jocul de calculator S.T.A.L.K.E.R. „, prequelul său „S.T.A.L.K.E.R.: Clear Sky” și continuarea „S.T.A.L.K.E.R.: Call of Pripyat”. Cadrul exterior vă permite să transportați mai multe lucruri, armura suplimentară oferă protectie suplimentara din cauza daunelor fizice, dar din cauza greutății și a volumului structurii, rularea rapidă devine imposibilă. Cu toate acestea, cu îmbunătățirea corespunzătoare, alergarea devine posibilă.
- Eroul de benzi desenate Marvel „Iron Man” creează o serie de exoschelete bazate pe reactorul în miniatură pe care l-a inventat. Aceste exoschelete sunt capabile de zbor și sunt echipate cu o varietate de arme și dispozitive.
- În filmul „Aruncarea Cobrei” (ing. G.I. Joe: Creșterea de Cobra) personajele principale folosesc exoschelete (identice cu cele prezentate în jocul „Crysis”).
- În filmul „Districtul nr. 9” personaj principal, scăpând de persecuție, folosește un exoschelet extraterestru, deși un astfel de echipament, prin natura interacțiunii sale cu operatorul, poate fi echivalat mai degrabă cu un tanc ușor controlat de minte.
- În jocul „Crysis” și în continuarea acestuia, echipa specială este îmbrăcată în exoschelete (cu un principiu de funcționare ușor diferit: există amplificatoare mecanice, dar în loc de armura convențională se folosește armura nano-tehnologică). Au putere crescută, capacitatea de a deveni invizibili, precum și o serie de aditivi stimulatori care pot crește puterea și viteza unei persoane de mai multe ori. Utilizarea funcționalității unui costum de exoschelet este un element cheie al mecanicii jocului în jocul pe computer „Crysis”.
- În jocul „Secțiunea 8”, soldații (indiferent dacă joacă ca luptător din Sectorul 8 sau rebel) sunt îmbrăcați în exoschelete. Au putere crescută, viteză crescută, capacitatea de a zbura până la câțiva metri și capacitatea de a folosi orice echipament (tancuri, tunuri, roboți).
- În jocul de calculator „Chaser”, există o misiune care este complet îndeplinită într-un exoschelet. În joc, acesta este un design destul de voluminos și lent, care este compensat de faptul că poartă arme puternice - o mitralieră și un lansator de grenade. În afară de efectuarea de operațiuni militare, exoscheletul nu este destinat pentru nimic altceva - ambele „brațe” sunt de fapt suporturi pentru arme. Este de remarcat faptul că acțiunea are loc pe Marte.
- În universul jocului „Halo” personaj principal Master Chief (John-117) purta exoscheletul Mjolnir, care era și un costum spațial.
- În seria de jocuri Bet on Soldier, exoscheletul a fost una dintre principalele unități de luptă.
- ÎN Joc de metal Gear Solid exoscheletul folosește Grey Fox.
- În filmele „The Matrix. Reîncărcat” și „The Matrix. Oamenii Revolution folosesc exoschelete APU (Armored Personnel Units) pentru a-l proteja pe Zeon.
- În filmul Avatar, exoscheletele sunt folosite și în scopuri militare.
- În filmul Aliens, locotenentul Ellen Ripley folosește un încărcător de exoschelet în lupta finală împotriva mamei extraterestre.
- În jocul „Alien vs. Predator”, trupele Pământului folosesc exoscheletul de luptă „Alice”.
- În jocul online Total Influence, mercenarii folosesc exoscheletele Tank Armor și FEA (Female Exo Armor).
- În jocul Killzone 3, una dintre misiuni este finalizată folosind un exoschelet care are arme încorporate și un jet pack.
- În jocul Vanquish, personajul principal poartă un exoschelet echipat cu un accelerator cu jet și un sistem de dilatare a timpului.
- În filmul „Spy Kids. Tot timpul în lume”, personajul principal folosește „mâinile de ciocan” și „mâinile de ciocan” folosite pentru a crește puterea fizică.
- În cărțile din seria „Ancient” de Serghei Tarmashev, Commonwealth-ul folosește exoscheletele spațiale ca luptător. (100 de exoschelete Titan sunt la bordul navelor din clasa Immutable).
- În jocul de calculator F.E.A.R. 3, în unele capitole există posibilitatea de a folosi un robot blindat, care este un exoschelet.
- În jocul pentru computer Chrome, toți soldații sunt echipați cu un exoschelet.
- În jocul pe computer Red Faction: Armageddon, personajul principal poate controla exoscheletul L.E.O, echipat cu o mitralieră grea și lansator de racheteși capabil să lovească cu „mâna” stângă.
- Într-un joc pe calculator Efect de masă 3 sunt folosite roboți de luptă Atlas, care este un exoschelet, este și armura căpitanului Shepard, care este parțial un exoschelet (abilitatea de a construi un modul de adrenalină, un modul de îmbunătățire a forței etc.)
- În jocurile pe computer Parkan și Parkan 2, exoscheletele sunt folosite în costume de luptă.
Vezi si
Note
Legături
- [email protected]: Americanii sunt gata să pună exoschelete de infanterie pe bandă rulantă
- Costum purtabil Power Assist
- Ireland On-line: Un japonez aflat în scaun cu rotile se uită la costum de robot (engleză)
- Construirea adevăratului Iron Man
- Pentagonul va dezvolta super-costume
- inventors.about.com - Exoschelet (engleză)
- Costum de salvare Exoschelet robotizat
Filmografie
- „Din punct de vedere științific. Fă-mă supraom" Naked Science. Fă-mă supraomenesc ) este un film de popularitate științifică produs de National Geographic în 2010.
Fundația Wikimedia. 2010.
Ei bine, cine dintre noi nu a vrut să aibă un costum la dispoziția noastră permanentă? supererou? De exemplu, va îmbrăca un costum din benzile desenate Marvel cu același nume „Iron Man”, și în câteva secunde va depăși viteza sunetului sau cu o mână va rearanja casa sau, în cazuri extreme, va salva Pământul de la distrugere. . „Ficțiune, științifico-fantastică și vise”, îl respingi. Dar aceste vise nu sunt atât de departe pe cât crezi. Unele dintre aceste fantezii pot fi deja transpuse în realitate cu ajutorul unui exoschelet.
Ce este un exoschelet?
Exoschelet (tradus din latină ca „schelet extern”) - dispozitiv tehnic, care este capabil să mărească abilitățile fizice ale unei persoane datorită cadrului. Sarcina principală a exoscheletului este de a sprijini corpul uman atunci când este expus la sarcini, luând „lovitura principală” asupra sa.
Exoschelet pentru persoanele cu dizabilități.
Cum arată un exoschelet?
Structura scheletului extern constă dintr-o carcasă principală din fibră de carbon și structuri tubulare suplimentare pentru brațe și picioare. Există și modele care amintesc mai mult de un costum spațial. În interiorul dispozitivului există senzori de presiune, cu ajutorul cărora are loc controlul.
Apropo, exoscheletele nu sunt un lucru atât de nou. În 1890, inginerul rus Nikolai Yagn a înregistrat mai multe brevete în această direcție. Conform ideii sale, scheletul extern trebuia să faciliteze mersul și alergarea personalului militar. Nikolai Ferdinandovici a putut să ia în considerare potențialul costumului său în afacerile militare. Scriitorii de science fiction au avut o contribuție specială la dezvoltarea ulterioară. Modelele moderne au avansat cu siguranță în dezvoltarea lor, dar domeniul de aplicare a rămas practic neschimbat: aplicații militare și medicale.
Progresul nu doarme: omul cucerește spațiul și adâncurile mării, tehnologia devine din ce în ce mai sofisticată, dar încă nu este capabilă să învingă timpul și toate bolile. Mulți oameni din întreaga lume se confruntă cu problema mobilității limitate. Mai mult, acest lucru se referă nu numai la persoanele în vârstă, ci și la copii și adulți. Exoscheletul redă abilitatea de a se deplasa celor care l-au pierdut.
În afacerile militare, „scheletul extern” a primit o dezvoltare mult mai mare. Exoscheletele îi ajută pe soldați să cucerească munții înalți, să transporte încărcături și să îi protejeze pe soldați de impacturi și răni. Cel mai economic țările dezvoltate finanțează în mod activ dezvoltarea exoscheletelor. Japonia a avut un succes deosebit în acest sens, echipând modele cu minți controlate.
Cu toate că modele moderne mult mai ușoare și mai ieftine decât prototipurile lor, inginerii nu au reușit încă să rezolve toate problemele.
- Material. Oamenii de știință nu au la dispoziție multe materiale care să fie potrivite pentru baza structurii. Oțelul și aluminiul sunt disponibile, dar nu sunt potrivite pentru utilizare pe termen lung. Aluminiul acumulează oboseală, iar oțelul este greu, ceea ce reduce eficacitatea „costumei”. Fibra de carbon este eficientă, dar scumpă.
- Nutriție. Exoscheletul poate fi alimentat de o rețea electrică (nu cea mai mobilă opțiune) sau de un motor-ghiozdan pe benzină (incomodă și, de asemenea, nesigură în afacerile militare).
- Control: Mișcările neintenționate sau nedorite ale purtătorului au adesea consecințe devastatoare.
Chiar ieri, un zbor spre Lună a fost visul scriitorilor disperați de science-fiction, dar astăzi astronauții „realizează imposibilul” în mod constant, recent au folosit serviciile poștale pentru a comunica cu rudele, iar astăzi este suficient să folosești telefon mobil. Ficțiunea de ieri, miturile și ideile incredibile se transformă în realitate astăzi. Exoscheletele moderne ar putea fi încă departe de funcționalitatea costumului lui Tony Stark, dar cine știe, poate că mâine ne vor face viața mai ușoară.
Desigur, nu toată lumea poate fi la fel de chipeș, de succes și deștept ca miliardarul Tony Stark. Dar aproape orice locuitor al Pământului are ocazia să devină Iron Man datorită unui costum special. La urma urmelor exoscheletele au încetat de mult să mai fie science fiction. Și astăzi vom vorbi despre 5 reale modelele lor.
TALOS
Câteva zeci de companii private și publice din Statele Unite ale Americii și din alte țări ale lumii, inclusiv cele mai mari institute de cercetare, lucrează la un proiect numit. Ei și-au propus să creeze armuri personale pentru fiecare soldat, care, deși nu l-ar face complet invulnerabil, i-ar crește foarte mult capacitățile fizice și șansele de supraviețuire în timpul luptei.Sistemul TALOS se bazează pe un exoschelet blindat, care nu numai că protejează soldatul de gloanțe și schije, dar îi permite și să se deplaseze ușor și liber pe câmpul de luptă cu echipamente care cântăresc până la 45 de kilograme.
Costumul TALOS are un sistem încorporat pentru a avea grijă de sănătatea luptătoarei. Este echipat cu mulți senzori care monitorizează stare fizică soldat, iar sistemul de manșete gonflabile va opri automat sângerarea atunci când primește o rană.
Caracteristicile exacte ale exoscheletului TALOS nu au fost dezvăluite. Mai mult, pe acest moment există doar primele sale prototipuri. Versiunea finală a costumului este de așteptat să fie adoptată de armata SUA în 2018.
XOS 2
XOS 2 este o creație a Universității Raytheon din Salt Lake City. Acest exoschelet mărește foarte mult puterea persoanei care îl poartă și, de asemenea, îl protejează de o serie de influențe externe.Cu toate acestea, exoscheletul XOS 2 nu are încă armură. Costumul este destinat în primul rând logisticienilor militari care trebuie să transporte încărcături grele. Aici este locul în care XOS 2 este foarte bun. De asemenea, permite unei persoane să spargă pereții de cărămidă și să spargă grinzile de lemn.
Principalul dezavantaj al lui XOS 2 este problemele cu autonomia sa. Exoscheletul funcționează numai atunci când este conectat la o sursă de energie autonomă. Dar Raytheon promite să rezolve acest lucru în noua versiune a supercostumului său, adăugând inserții blindate pentru a-l proteja pe soldat de armele de foc.
Membru de asistență hibrid
În timp ce unele organizații lucrează la exoschelete pentru uz militar pentru a crea soldații perfecți pentru a ucide inamicii, altele dezvoltă costume care să permită persoanelor bolnave și rănite de luptă să ducă vieți depline.De exemplu, exoscheletul a fost creat special pentru reabilitarea persoanelor cu probleme musculo-scheletice. Le permite să se întoarcă la o viață plină de activitate. Și cei care până nu demult nu se puteau ridica din scaun cu rotile, acum pot dacă nu aleargă cu viteză campion olimpic, apoi prin macar, mergi din nou și chiar urcă pe scări.
Exoscheletul Hybrid Assistive Limb este destinat și vârstnicilor, pentru care chiar și mersul la magazin alimentar a devenit un proces dificil și uneori imposibil.
La fel ca mușchii corpului uman, exoscheletul hibrid de asistență ascultă semnalele bio-electrice care emană din creierul uman.
Costum mobil
Japonia încă nu se poate recupera după accidentul de la centrala nucleară de la Fukushima, care a pus întreaga lume în pericol de dezastru de radiații. O tara soarele răsare alocă anual miliarde de dolari pentru a elimina consecințele acestui incident. Iar una dintre etapele luptei împotriva accidentului a fost dezvoltarea exoscheletului Mobile Suit.Inginerii de la Universitatea din Tsukuba au dezvoltat Mobile Suit special pentru consecințele dezastrului de la Fukushima. Acest exoschelet se bazează pe membrul de asistență hibrid deja menționat. Un model de succes care ajută persoanele în vârstă și persoanele cu dizabilități s-a transformat într-un costum cu drepturi depline, care crește rezistența, protejează de praful radioactiv și scutește de supraîncălzire.
Dar cel mai interesant lucru despre exoscheletul Mobile Suit este că de fapt arată ca un costum Iron Man.
Rupe aerul cu viteza sunetului și grăbește-te spre orizont, cu brațele întinse în lateral, în costum de fier. Fii oriunde cât ai clipi glob fără a fi nevoit să stea în ambuteiaje. Zburând fără aripi fără a fi la bordul unui avion sau ceva mai puternic. Lasă-l pe cel care nu a vrut să fie în locul lui Tony Stark în momentele sale stelare să arunce cu piatra în mine (desigur, într-un costum Omul de fier). Parțial, aceste vise vor putea fi realizate printr-un exoschelet - un dispozitiv care poate crește abilitățile unei persoane (în mare parte fizice, forța musculară) datorită cadrului extern. Vă vom spune în acest material ce este acest dispozitiv, ce dezvoltări există deja și cum se vor dezvolta tehnologiile în viitor.
De la elastiped la „omul de fier”
Știința și tehnologia este, fără exagerare, cea mai aprigă cursă a ingeniozității dintre om și natură. De-a lungul întregii sale istorii, omul a încercat să refacă lumea din jurul său pentru a se potrivi nevoilor sale. Undeva reușește, de multe ori nu fără a dăuna naturii. Trebuie să te uiți la ea undeva. Și în timp ce majoritatea nevertebratelor au un schelet extern într-o formă sau alta, oamenii nu au. Dar nu erau aripi?
În zilele noastre, un exoschelet înseamnă un costum mecanic sau o parte a acestuia cu o înălțime de până la 2-2,5 metri. Urmează „mobile suits”, mech-uri și alți roboți umanoizi giganți.
La fel ca multe alte lucruri din viața noastră, exoscheletele trec treptat granița care separă visele sălbatice și viața de zi cu zi. Fiind inițial doar idei, concepte, mituri și legende operă științifico-fantastică, astăzi apar noi versiuni de exoschelete aproape în fiecare săptămână.
Primul inventator al exoscheletului este considerat a fi „inginerul mecanic” rus Nikolai Ferdinandovich Yagn, care a înregistrat o serie de brevete pe această temă încă din anii 1890. A trăit în America, unde, de fapt, și-a patentat miracolele, le-a arătat la expoziții și, la întoarcerea în pământ natal reinventat. Exoscheletul lui trebuia să faciliteze, în primul rând, soldatul să meargă, să alerge și să sari. Chiar și atunci, geniul rus a prevăzut potențialul putere militara dispozitive similare.
NICHOLAY
Ferdinandovici YAGN
Pe lângă exoschelet, Yagn a dezvoltat perdele de răcire, un motor hidraulic, o elice oscilantă, un sterilizator samovar și alte dispozitive
Hardiman
Să nu negăm că scriitorii de science fiction au avut o contribuție gigantică și imensă la dezvoltarea exoscheletelor. În 1959, după romanul apreciat al lui Robert Heinlein Trupele Galactice„A devenit clar pentru toată lumea că costumele cu cadru extern reprezintă viitorul operațiunilor militare și nu numai. Și plecăm.
Primul exoschelet a fost creat de General Electric cu sprijinul Departamentului de Apărare al SUA în anii 1960. Hardiman cântărea 680 de kilograme și putea ridica sarcini de până la 110 kilograme. Cu toate ambițiile gigantice - și au vrut să-l folosească sub apă, și în spațiu, și să transporte focoase și tije nucleare - s-a arătat că nu în cel mai bun mod posibil. Au uitat convenabil de el.
un dispozitiv „pedomotor” care amintește vag de exoscheletele de către inventatorul Leslie S. Kelly, dezvoltat în 1917
Nouă ani mai târziu, Miomir Vukobratovic din Belgrad, Iugoslavia, a arătat primul exoschelet de mers motorizat, al cărui scop era să ofere persoanelor cu paraplegie capacitatea de a merge. Dispozitivul era bazat pe o acţionare pneumatică. Oamenii de știință sovietici de la Institutul Central de Traumatologie și Ortopedie numit după N. N. Priorov au luat primele inițiative de a dezvolta exoschelete împreună cu colegii iugoslavi pe baza lucrării lui Vukobratovici. Dar odată cu începutul perestroikei, proiectele au fost închise și nu există informații despre dezvoltarea secretă subterană a exoscheletelor. Dar totul a fost bine cu explorarea spațiului.
ÎN timp diferit V tari diferite meșterii au încercat să facă ei înșiși exoschelete pentru diverse scopuri, dar din cauza unei varietăți de obstacole (despre care vom vorbi mai târziu), acest lucru a fost extrem de slab posibil. Lipsa resurselor energetice, creșterea lentă a progresului științific și tehnologic, dezvoltarea științei materialelor și a altor științe conexe, precum și dezvoltarea computerelor și a ciberneticii, al căror val a crescut doar cu aproximativ 30 de ani în urmă, toate acestea au încetinit. dezvoltarea exoscheletelor. Fără îndoială, asta tehnologii sofisticate pe care oamenii încă trebuie să-l stăpânească.
Probleme cu exoscheletele
Nu există multe materiale pe această planetă din care să poți face un cadru rigid și care să nu agraveze problema cu greutatea lor. În orice caz, nu au fost multe dintre ele, dar ținând cont de zborurile spațiale, evoluțiile militare, dezvoltarea științei materialelor, nanotehnologiei și a vreo duzină de alte domenii interesante, omenirea ia treptat o barieră după alta. ÎN începutul lui XXI secolul, interesul pentru exoschelete a aprins cu o forță remarcabilă și continuă să ardă până în zilele noastre. Dar mai întâi, să vorbim despre principalele probleme cu care se confruntă creatorii de exoschelete.
Dacă descompunem un exoschelet ipotetic în componentele sale, vom avea: o sursă de energie, un schelet mecanic și software. Și dacă totul pare să fie clar cu ultimele două puncte și aproape că nu mai sunt probleme, atunci sursa de alimentare este problema serioasa. Având o sursă de energie normală, inginerii nu numai că au putut crea un exoschelet, ci și-au putut combina cu un costum spațial și un jetpack. Rezultatul ar fi probabil un costum Iron Man, dar noul Tony Stark încă nu a apărut.
Oricare dintre sursele de alimentare compacte de astăzi poate oferi exoscheletului doar câteva ore de viață a bateriei. Urmează dependența de fir. Bateriile nereîncărcabile și reîncărcabile au limitările lor, cum ar fi necesitatea înlocuirii sau, respectiv, încărcarea lentă. Motoarele cu ardere internă trebuie să fie foarte fiabile, dar nu deosebit de compacte. Mai mult, în acest din urmă caz veți avea nevoie sistem suplimentar răcire, iar motorul cu ardere internă în sine este dificil de configurat pentru emisii instantanee cantitate mare energie. Pilele de combustibil electrochimice pot fi alimentate rapid combustibil lichid(de exemplu, metanol) și dau eliberarea necesară și imediată de energie, dar funcționează la extrem temperaturi mari. 600 de grade Celsius - relativ temperatura scazuta pentru o astfel de sursă de energie. Cu el, „omul de fier” se va transforma într-un hot dog.
În mod ciudat, cea mai posibilă soluție la problema combustibilului pentru exoscheletele viitorului poate fi cea mai imposibilă: transmisie fără fir energie. Ar putea rezolva o mulțime de probleme, deoarece poate fi transmisă dintr-un reactor arbitrar de mare (inclusiv unul nuclear). Dar cum? Întrebarea este deschisă.
Primele exoschelete au fost realizate din aluminiu și oțel, care erau ieftine și ușor de utilizat. Dar oțelul este prea greu și exoscheletul trebuie să lucreze și pentru a-l ridica greutatea proprie. În consecință, când greutate mare costum, eficacitatea acestuia va scădea. Aliajele de aluminiu sunt destul de ușoare, dar acumulează oboseală, ceea ce înseamnă că nu sunt deosebit de potrivite pentru sarcini mari. Inginerii sunt în căutarea luminii și materiale rezistente cum ar fi titanul sau fibra de carbon. Vor fi inevitabil scumpe, dar vor oferi eficacitatea exoscheletului.
Unitățile reprezintă o problemă specială. Cilindrii hidraulici standard sunt suficient de puternici pentru a fi manevrati precizie ridicată, dar grele și necesită o grămadă de furtunuri și tuburi. Pneumatica, pe de altă parte, este prea imprevizibilă în ceea ce privește mișcarea de manipulare, deoarece arcurile cu gaz comprimat și forțele de reacție vor împinge actuatoarele.
Cu toate acestea, sunt dezvoltate noi servo-uri bazate pe electronice care vor folosi magneți și vor oferi mișcări receptive în timp ce consumă energie minimă și sunt mici. Puteți compara acest lucru cu tranziția de la locomotive cu abur la trenuri. Să remarcăm și flexibilitatea pe care ar trebui să o aibă articulațiile, dar aici problemele exoscheletelor pot fi rezolvate de dezvoltatorii de costume spațiale. De asemenea, vă vor ajuta să vă dați seama cum să adaptați costumul la dimensiunea purtătorului.
Control
O provocare deosebită atunci când se creează un exoschelet este gestionarea și reglarea mișcărilor excesive și nedorite. Nu poți să faci un exoschelet cu aceeași viteză de reacție pentru fiecare membru. Un astfel de mecanism poate fi prea rapid pentru utilizator, dar a-l face prea lent este ineficient. Pe de altă parte, nu vă puteți baza pe utilizator și nu aveți încredere în senzori pentru a citi intențiile din mișcările corpului: desincronizarea mișcărilor utilizatorului și a costumului va duce la rănire. Ambele trebuie limitate părțile actori. Inginerii se scarpină din cap pentru soluția acestei probleme. În plus, mișcarea neintenționată sau nedorită trebuie detectată în prealabil, astfel încât un strănut sau tuse accidentală să nu conducă la chemarea unei ambulanțe.
Exoscheletele și viitorul
În 2010, Sarcos și Raytheon, împreună cu Departamentul de Apărare al SUA, au arătat exoscheletul de luptă XOS 2. Primul prototip a apărut cu doi ani mai devreme, dar nu a făcut furori. Dar XOS 2 s-a dovedit a fi atât de cool încât Revista Time a inclus exoscheletele în lista celor mai bune cinci inovații militare ale anului. De atunci, cei mai de seamă ingineri din lume și-au zguduit creierul pentru a crea exoschelete care pot oferi un avantaj pe câmpul de luptă. Și în afara ei.
Ce avem azi?
Acest exoschelet a fost introdus în 2011 și a fost conceput pentru persoanele cu dizabilități. În ianuarie 2013, a fost lansată o versiune actualizată, ReWalk Rehabilitation, iar deja în iunie 2014, FDA a aprobat utilizarea exoscheletului în public și acasă, deschizând astfel calea comercială. Sistemul cântărește aproximativ 23,3 kilograme, rulează pe Windows și are trei moduri: mers, așezat și în picioare. Cost: de la 70 la 85 de mii de dolari.
O serie din aceste exoschelete militare este în dezvoltare activă (XOS 3 este următorul). Cântărește aproximativ 80 de kilograme și permite proprietarului să ridice cu ușurință 90 de kilograme în plus. Ultimele modele Costumele sunt atât de mobile încât vă permit să vă jucați cu mingea. După cum notează producătorii, un XOS poate înlocui trei soldați. Poate că a treia generație a exoscheletului va fi mai aproape de ceea ce vedem pe ecranele filmelor științifico-fantastice anii recenti. Din păcate, în timp ce el este legat de sursă externă nutriție.
Human Universal Load Carrier este o creație a celebrei companii Lockheed Martin împreună cu Berkeley Bionics. Acest exoschelet este destinat și militarilor. Baza este hidraulica și bateriile litiu-polimer. Prin încărcarea corectă a cadrului exterior, utilizatorul îl poate folosi pentru a transporta până la 140 de kilograme de încărcătură în exces. Este de așteptat ca soldații să poată folosi HULC la „eu și prietenul meu” timp de 72 de ore. Dezvoltarea este în plină desfășurare, așa că nu este surprinzător că HULC ar putea fi primul care a intrat în serviciu în Statele Unite.
ExoHiker, ExoClimber și eLEGS (Ekso)
Prototipurile sunt din nou Berkeley Bionics, concepute pentru a îndeplini diverse sarcini. Primul ar trebui să ajute călătorii să transporte încărcături de până la 50 de kilograme, a fost introdus în februarie 2005 și cântărește aproximativ 10 kilograme. Având în vedere panoul solar mic, acesta poate funcționa foarte, foarte mult timp. ExoClimber este un plus de zece kilograme la ExoHiker care permite purtătorului să sară și să urce scările. În 2010, evoluțiile Berkeley Bionics au dus la eLEGS. Acest sistem este un exoschelet hidraulic cu drepturi depline care permite persoanelor paralizate să meargă și să stea în picioare. În 2011, eLEGS a fost redenumit Ekso. Are 20 de kilograme si se misca cu viteza maxima la 3,2 km/h și rulează timp de 6 ore.
Un alt exoschelet senzațional de la producătorul japonez de roboți Cyberdyne. Scopul său este de a oferi persoanelor cu dizabilități capacitatea de a merge. Există două variante principale: HAL-3 și HAL-5. De la prezentarea sa în 2011, în mai puțin de un an, HAL a fost adoptat de peste 130 de persoane. institute medicale in toata tara. Cu toate acestea, testarea va continua pe tot parcursul anului 2014 și, eventual, în 2015. În august 2013, HAL a primit carte blanche pentru a fi folosit ca robot medical în Europa. Cel mai nou model Costumul cântărește aproximativ 10 kilograme.
Costul mediu al unui exoschelet medical -
90 de mii de dolari.
Pe lângă exoscheletele serioase pentru întregul corp, exoscheletele limitate concepute pentru a îndeplini sarcini specifice devin din ce în ce mai populare. De exemplu, în luna august a acestui an, a fost prezentat scaunul fără scaun, care îți permite să stai în picioare. Daewoo și Lockheed Martin au demonstrat în mod independent exoscheletele pentru muncitorii șantierului naval. Aceste dispozitive permit lucrătorilor să țină o sarcină sau unealtă cu o greutate de până la 30 de kilograme, fără a solicita prea mult.
În Rusia, dezvoltarea unui exoschelet numit „ExoAtlet” este dezvoltată de o echipă de oameni de știință adunați la Institutul de Cercetare în Mecanică al Universității de Stat din Moscova. Ei continuă evoluțiile lui Vukobratovici, începute în URSS, pe care le-am menționat mai sus. Primul exoschelet pasiv de lucru al acestei echipe a fost dezvoltat pentru lucrătorii de urgență, pompieri și salvatori. Cu o greutate de 12 kilograme, designul permite efort deosebit transporta până la 100 de kilograme de marfă. Compania intenționează să dezvolte modelul de putere ExoAtler-A, care îi va permite să transporte până la 200 de kilograme, precum și un exoschelet medical pentru reabilitarea persoanelor cu dizabilități.
Ceea ce au în comun toate aceste costume este că sunt prezentate mai ales ca prototipuri. Aceasta înseamnă că se vor îmbunătăți. Aceasta înseamnă că îi așteaptă testele pe teren. Aceasta înseamnă că vor exista modele noi. Asta înseamnă că ei sunt viitorul. Este prea devreme să spunem că un exoschelet funcțional și util poate fi cumpărat de pe piața neagră. Dar un început a fost făcut, iar dezvoltarea acestei direcții intră cu încredere într-un curent general larg. Suntem încă departe de costumul lui Tony Stark, dar ce ne împiedică să ne bucurăm de filme spectaculoase? Fanii confruntărilor spectaculoase care implică exoschelete vor avea mereu ceva de urmărit: „Aliens” (1986), „Iron Man” (2008), „Avatar” (2009), „District No. 9” (2009), „The Avengers” ( 2012), „Elysium” (2013), „Edge of Tomorrow” (2014).
Un lucru este sigur: exoscheletele vor fi peste tot în viitor. Ei îi vor ajuta pe astronauții noștri să exploreze Marte, să construiască primele colonii și să navigheze confortabil în spațiu. Ele vor fi folosite în segmentul militar, deoarece în mod implicit le oferă soldaților o putere supraomenească. Ei vor oferi posibilitatea de a se muta pe deplin celor care l-au pierdut. Costumul Iron Man va deveni într-o zi real, la fel ca tot ce vezi în jurul tău.
„ExoAtlet”
- Când va funcționa vraja dragostei?
- Săgetător și Taur - compatibilitate în dragoste și viața de familie Asemănări între bărbatul Taur și femeia Săgetător
- Rugăciunea în limba tătară împotriva rugăciunilor tătarilor daune înainte
- Decodificarea cărții de tarot Manara „Călărețul apei” Decodarea cărții de tarot Manara „Călărețul apei”