Vedecký exoskeleton. Exoskeletony v medicíne
Bola tu požiadavka (alebo otázka) napísať o použitých exoskeletoch.
Čo je to exoskeleton? toto " exoskeleton“, čo vďaka rámu zvyšuje silu človeka. Musí dodržiavať biomechaniku, ktorá mu umožní úmerne zvyšovať silu pri pohyboch. Medzi oblasti použitia exoskeletov patria vojenské záležitosti, poľnohospodárstvo a medicíne.
Prosím o informácie o takomto vývoji v oblasti medicíny.
Prvý exoskeleton
Najprv trocha histórie. Ako mnoho vynálezov, aj exoskeleton k nám prišiel vojenskej sfére. Prvý príklad vyvinula spoločnosť General Electric a americká armáda v 60. rokoch. Vyzerá pôsobivo, však? Námahu, ktorú vynaložíte na zdvihnutie štyri a pol kilogramu, pretavil do 110 kg.Malo to ale dve nevýhody: vážilo 680 kg a nemožnosť porovnať pohyb s pohybom človeka. Teda on spätná väzba po začatí pohybu som ho od osoby nedostal.
Potom sa opakovane vyvíjali exoskelety pre armádu. Tie totiž dokážu značne zvýšiť nosnosť jedného vojaka, aby si so sebou do pluku mohol zobrať väčší guľomet a výstroj.
Kto ešte potrebuje zvýšiť svoju silu? Pre tých, ktorí majú málo. Pre tých, ktorí sú paralyzovaní a nemôžu samostatne chodiť. Práve im môžu takéto projekty pomôcť.
Exoskeleton pre sestričku
Kto, ak nie Japonci, by mal vymýšľať exoskeletony pre starostlivosť o starých ľudí? Len v tomto prípade ide o starosť mladých – sestričiek, ktoré musia zdvíhať a presúvať pacientov. Účelom takéhoto exoskeletu, ako je robot Ribo, je posúvať sa.Power Assist Suit bol predstavený v Japonsku v 90. rokoch.
Neskôr bol v Japonsku predstavený HAL, kybernetický exoskeleton. Spočiatku bol navrhnutý špeciálne na zdvíhanie a presúvanie pacientov. Okrem toho by mohol pomáhať starším a hendikepovaným ľuďom pohybovať sa samostatne.
ReWalk
Americký úrad pre potraviny a liečivá zaregistroval prvý exoskelet na rehabilitáciu pacientov s poranením chrbtice len toto leto.ReWalk od izraelských vývojárov má diaľkové ovládanie diaľkové ovládanie v tvare náramkové hodinky. Pre väčšiu stabilitu je lepšie používať barle. Čokoľvek je lepšie ako sedieť na stoličke, myslím.
Pred pár rokmi tento oblek pomohol ochrnutej žene dokončiť maratón.
ExoAtlet
ExoAtlet je ruský vývoj. Je určený „na vertikalizáciu a chôdzu pacienta s poruchou pohybových funkcií dolných končatín“.Predtým priemyselnom meradle výroba je ešte ďaleko, ale prototyp, súdiac podľa informácií na internete, je už v prevádzke. Ak máte čo dodať k tejto téme, napíšte do komentárov alebo do súkromných správ.
Mäkké exoskelety
Sľubným smerom v tejto oblasti môže byť flexibilný exoskelet, ktorý replikuje biomechaniku ľudskej nohy. Koniec koncov, žľazy okolo nohy sú z hľadiska manévrovateľnosti jednoznačne horšie ako zdravé časti tela.Niekoľko univerzít a vývojári nositeľných senzorov BioScience vyvíjajú toto „prekrytie“ umelými svalmi, senzormi a softvérom. Tu môžete vidieť ako umelé šľachy, tak aj umelé svaly natiahnuté z vonkajšej strany nohy.
Veľký problém spočíva práve v flexibilite: preto musia byť kontrolné metódy, teda senzory, obzvlášť presné.
Takéto vybavenie pomôže nielen ľuďom so zhoršenou pohyblivosťou chodidla a členku (zatiaľ tam funguje len prístroj), ale v budúcnosti sa dá využiť aj v iných oblastiach – napríklad na rukách.
Toto video jasne ukazuje umelé svaly a ukazuje aj senzory použité v tomto mäkkom exoskelete.
3D tlač
3D tlačiarne v medicíne môžu byť veľmi užitočné. Ako pomohli Amande Boxtel, ochrnutej od pása nadol. Špecialisti z 3D Systems naskenovali jej telo a spolu s EksoBionics tento exoskeleton vytlačili.Myslím si, že je úžasne cool, keď sa po rokoch, keď som nevedela chodiť, opäť postaviť na vlastné nohy.
Robosuit a futbal
Giuliano Pinto kopol do lopty pri otvorení majstrovstiev sveta vo futbale 2014. Vyzeralo to ako nič zaujímavé – kopal a kopal. Ale on je úplne paralyzovaný, tento 29-ročný chlapík. Exoskeleton ovládal pomocou vlastného mozgu a nie pomocou diaľkového ovládača či vlastných nôh, v ktorých zostala aspoň nejaká možnosť pohybu.Tvorcom tohto exoskeletu je Miguel Nicolesis z Brazílie. Vláda krajiny mu na tento vývoj pridelila 14 miliónov dolárov, čo nie je až taká vysoká suma v porovnaní s tým, koľko sa vynakladá na podobné projekty v Spojených štátoch.
Bude neurofeedback budúcnosťou v protetike a exoskeletone? Zdá sa mi zrejmé, že práca v tomto smere by sa mala vykonávať strašná sila. Na to je však potrebné prilákať investície.
έξω - vonkajší a σκελετος - kostra) - zariadenie určené na zvýšenie ľudskej sily vďaka vonkajšiemu rámu.Exoskeleton sleduje ľudskú biomechaniku, aby proporcionálne zvýšil námahu počas pohybu. Podľa otvorených tlačových správ boli aktuálne pracovné vzorky vytvorené v Japonsku a USA. Exoskelet je možné integrovať do vesmírneho obleku.
Príbeh
Prvý exoskelet bol spoločne vyvinutý spoločnosťou General Electric a armádou Spojených štátov v 60. rokoch a volal sa Hardiman. Dokázal zdvihnúť 110 kg so zdvíhacou silou 4,5 kg. Bolo to však nepraktické kvôli svojej značnej hmotnosti 680 kg. Projekt nebol úspešný. Akýkoľvek pokus použiť celý exoskelet mal za následok intenzívny nekontrolovaný pohyb, čo malo za následok, že nikdy nebol testovaný s osobou vo vnútri. Ďalšie štúdie sa zamerali na jednu ruku. Hoci mal zdvihnúť 340 kg, jeho hmotnosť bola trištvrte tony, čo bol dvojnásobok jeho nosnosti. Bez toho, aby všetky komponenty fungovali praktické využitie Hardimanov projekt bol obmedzený.
Smery vývoja
Hlavným smerom vývoja je vojenské využitie exoskeletov. Cieľom je vytvoriť brnenie, ktoré sa kombinuje palebná sila a pancierovanie tanku, pohyblivosť a rýchlosť človeka a výrazne zvyšuje silu toho, kto exoskeleton používa.
Ďalšou možnou oblasťou použitia exoskeletonov je pomoc zraneným ľuďom a ľuďom so zdravotným postihnutím, starším ľuďom, ktorí majú vzhľadom na svoj vek problémy s pohybovým aparátom.
Úpravy exoskeletov, ako aj ich jednotlivé modely, môžu záchranárom výrazne pomôcť pri odpratávaní sutín zrútených budov. V tomto prípade môže exoskelet ochrániť záchrancu pred padajúcimi úlomkami.
V dnešnej dobe je veľkou prekážkou začatia stavby plnohodnotných exoskeletov nedostatok vhodných zdrojov energie, ktoré by mohli umožniť stroju dlhodobo autonómne fungovať.
V populárnej kultúre
- V hre "C&C: Red alert 3" majú všetky 3 strany exoskeletony. Pre ZSSR je to oblek operátora Tesla PC, pre Alianciu oblek Cryo (Chrono) - Legionnaire a pre Impérium oblek bojových anjelov. V predchádzajúcich častiach série sa exoskeletony tiež často používajú pomerne široko.
- Koncept brnenia s exoskeletom bol prvýkrát načrtnutý v románe Tom Swift a jeho Jet mariňák ( Angličtina), publikované v roku 1954.
- V románe I. A. Efremova „Hmlovina Andromeda“ (1957) hviezdne expedície používali elektromechanické „skákacie kostry“, ktoré sa nosili na skafandroch, aby sa pohybovali v podmienkach zvýšenej gravitácie.
- Hrdinovia románu Roberta Heinleina Starship Troopers (1959) používajú obrnené bojové obleky s integrovanými exoskeletonmi, ktoré im umožňujú behať a skákať do veľkých výšok pomocou vstavaných raketových motorov, vybavených rôznymi zbraňami a ďalším vybavením.
- V románe Stanislawa Lema Fiasko (1987) pilot Angus Parvis hľadá nezvestnú skupinu ľudí, medzi ktorými je aj jeden z Lemových pravidelných hrdinov, pilot Pirx. Na vyhľadávanie Parvis používa obrovský humanoidný exoskelet („veľký chodec“) – Diglator.
- Vo vesmíre Warhammer 40 000 používajú exoskeletony (alebo skôr elektrické brnenia, ktoré sú im teoreticky ekvivalentné) bojoví bratia vesmírnych mariňákov, ako aj Sisters of Battle. A jednotky ríše Tau používajú celý rad exoskeletov. Prieskumný XV15, XV25, s maskovacími poľami, úder XV8 „Crisis“, vybavený prúdovými motormi a širokou škálou zbraní, exoskeletony palebnej podpory XV88 „Broadside“ (v skutočnosti kvôli veľkosti (3 metre na výšku) a prítomnosti kabíny XV8 „Crisis“ a XV88 „Broadside“ nemožno považovať za exoskelety, hoci majú podobný názov ako „bojový oblek“ XV15 a XV25, vybavené mocná zbraň a experimentálny príkaz exoskeleton XV22.
- Vo vesmíre StarCraft nosia terranskí pešiaci (rovnako ako protosskí bojovníci) exoskelety.
- Vo vesmíre hier zo série „Fallout“ môžete použiť aj „ silové brnenie“, toto pancierovanie používa na pohon miniatúrny jadrový reaktor. Zvyšuje triedu obrany postavy a jej silu.
- Hry „Operation Silent Storm“ a „Operation Silent Storm: Sentinels“ sú založené na alternatívna história svetovej vojny, kde boli bojové exoskelety Panzerklein (po nemecky skreslené) zaradené do sortimentu skutočne existujúcich zbraní tých rokov. malé nádrže), schopné niesť rôzne zbrane ( letecký kanón ShKAS, protitanková puška atď.).
- V animovanom seriáli Echo Platoon sú hlavným typom vojenského vybavenia echo lietadlá, ktoré sú v podstate exoskeletony.
- Myšlienka exoskeletu je použitá v počítačovej hre S.T.A.L.K.E.R. “, jeho prequel „S.T.A.L.K.E.R.: Clear Sky“ a pokračovanie „S.T.A.L.K.E.R.: Call of Pripyat“. Vonkajší rám vám umožňuje nosiť viac vecí, ďalšie brnenie dáva dodatočná ochrana z fyzického poškodenia, ale kvôli ťažkej a objemnej štruktúre sa rýchly beh stáva nemožným. S primeraným zlepšením sa však beh stáva možným.
- Komiksový hrdina Marvel „Iron Man“ vytvára sériu exoskeletov na základe miniatúrneho reaktora, ktorý vynašiel. Tieto exoskelety sú schopné letu a sú vybavené rôznymi zbraňami a zariadeniami.
- Vo filme „Hod kobry“ (angl. G.I. Joe: Vzostup z Cobry) hlavné postavy používajú exoskeletony (identické s tými, ktoré sú prezentované v hre „Crysis“).
- Vo filme "Obvod č. 9" Hlavná postava, unikajúci pred prenasledovaním, používa mimozemský exoskeleton, aj keď takéto vybavenie možno vzhľadom na jeho interakciu s operátorom prirovnať skôr k ľahkému tanku ovládanému mysľou.
- V hre „Crysis“ a jej pokračovaní je špeciálna jednotka oblečená v exoskeletoch (s trochu iným princípom fungovania: existujú mechanické zosilňovače, ale namiesto konvenčného nepriestrelného brnenia sa používa nanotechnologické brnenie). Majú zvýšenú silu, schopnosť stať sa neviditeľnými, ako aj množstvo stimulujúcich prísad, ktoré môžu niekoľkokrát zvýšiť silu a rýchlosť človeka. Využitie funkčnosti obleku exoskeletonu je kľúčovým prvkom hernej mechaniky v počítačovej hre „Crysis“.
- V hre „Section 8“ sú vojaci (bez ohľadu na to, či hrajú za bojovníka za Sektor 8 alebo rebela) oblečení v exoskeletoch. Majú zvýšenú silu, zvýšenú rýchlosť, schopnosť lietať až niekoľko metrov a schopnosť používať akékoľvek vybavenie (tanky, zbrane, roboty).
- V počítačovej hre „Chaser“ je misia, ktorá sa úplne vykonáva v exoskeletone. V hre ide o pomerne objemný a pomalý dizajn, ktorý je kompenzovaný skutočnosťou, že nesie silné zbrane - guľomet a granátomet. Okrem vedenia vojenských operácií nie je exoskelet určený na nič iné - obe „paže“ sú vlastne držiaky na zbrane. Je pozoruhodné, že akcia sa odohráva na Marse.
- Vo vesmíre hry "Halo" Hlavná postava Master Chief (John-117) mal na sebe exoskelet Mjolnir, ktorý bol tiež skafandrom.
- V hernej sérii Bet on Soldier bol exoskeleton jednou z hlavných bojových jednotiek.
- IN Metalová hra Pevná prevodovka exoskeleton používa Gray Fox.
- Vo filmoch „Matrix. Reloaded“ a „The Matrix. Revolution“ ľudia používajú exoskeletony APU (Armored Personnel Units) na ochranu Zeonu.
- Vo filme Avatar sa exoskeletony používajú aj na vojenské účely.
- Vo filme Mimozemšťania poručík Ellen Ripley používa nakladač exoskeletu v poslednom boji proti mimozemskej matke.
- V hre „Alien vs. Predator“ používajú pozemské jednotky bojový exoskelet „Alice“.
- V online hre Total Influence používajú žoldnieri exoskeletony Tank Armor a FEA (Female Exo Armor).
- V hre Killzone 3 je jedna z misií dokončená pomocou exoskeletu, ktorý má vstavané zbrane a jet pack.
- V hre Vanquish má hlavná postava na sebe exoskelet vybavený tryskovým urýchľovačom a systémom dilatácie času.
- Vo filme „Spy Kids. Celý čas na svete“ hlavná postava používa „ruky kladiva“ a „dupané ruky“, ktoré sa používajú na zvýšenie fyzickej sily.
- V knihách série "Ancient" od Sergeja Tarmasheva používa Commonwealth ako bojovníka vesmírne exoskelety. (100 exoskeletov Titanov je na palube lodí triedy Immutable).
- V počítačovej hre F.E.A.R. 3, v niektorých kapitolách je možnosť použiť obrneného robota, ktorým je exoskelet.
- V počítačovej hre Chrome sú všetci vojaci vybavení exoskeletom.
- V počítačovej hre Red Faction: Armageddon môže hlavný hrdina ovládať exoskeleton L.E.O, vybavený ťažkým guľometom a raketomet a schopný udrieť ľavou „rukou“.
- V počítačovej hre Mass Effect 3 sa používajú bojových robotov Atlas, čo je exoskeleton, je tiež brnenie kapitána Sheparda, ktoré je čiastočne exoskeleton (možnosť zabudovať adrenalínový modul, modul na zvýšenie sily atď.)
- V počítačových hrách Parkan a Parkan 2 sa exoskeletony používajú v bojových oblekoch.
pozri tiež
Poznámky
Odkazy
- [email protected]: Američania sú pripravení umiestniť pechotné exoskelety na dopravný pás
- Nositeľný oblek Power Assist
- Írsko On-line: Japonec pripútaný na invalidný vozík vyzerá ako robotický oblek (anglicky)
- Budovanie skutočného Iron Mana
- Pentagon vyvinie super obleky
- inventors.about.com - Exoskeleton (anglicky)
- LIFESUIT Robotický exoskeleton
Filmografia
- „Z vedeckého hľadiska. Urobte zo mňa supermana" Nahá veda. Urobte zo mňa nadčloveka ) je populárno-vedecký film z produkcie National Geographic v roku 2010.
Nadácia Wikimedia. 2010.
No, kto z nás by nechcel mať oblek stále k dispozícii? super hrdina? Napríklad si oblečie oblek z rovnomenného komiksu Marvel „Iron Man“ a za pár sekúnd prekoná rýchlosť zvuku alebo jednou rukou prestaví dom, alebo v extrémnych prípadoch zachráni Zem pred zničením. . „Fiction, science fiction a fajkové sny,“ odmietnete to. Ale tieto sny nie sú tak ďaleko, ako si myslíte. Niektoré z týchto fantázií sa už dajú previesť do reality pomocou exoskeletu.
Čo je to exoskeleton?
Exoskeleton (preložené z latinčiny ako „vonkajšia kostra“) – technické zariadenie, ktorý je schopný zvýšiť fyzické schopnosti človeka vďaka rámu. Hlavnou úlohou exoskeletu je podporovať Ľudské telo keď je vystavený záťaži, pričom na seba nesie „hlavný úder“.
Exoskeleton pre ľudí s postihnutí.
Ako vyzerá exoskeleton?
Vonkajšia štruktúra skeletu pozostáva z hlavnej škrupiny vyrobenej z uhlíkových vlákien a dodatočných rúrkových štruktúr pre ruky a nohy. Existujú aj modely, ktoré skôr pripomínajú vesmírny oblek. Vo vnútri zariadenia sú tlakové senzory, pomocou ktorých dochádza k riadeniu.
Mimochodom, exoskeletony nie sú až taká novinka. Ešte v roku 1890 si ruský inžinier Nikolai Yagn v tomto smere zaregistroval niekoľko patentov. Vonkajšia kostra mala podľa jeho predstavy vojenskému personálu uľahčiť chôdzu a beh. Nikolaj Ferdinandovič dokázal zvážiť potenciál svojho obleku vo vojenských záležitostiach. Spisovatelia sci-fi mimoriadne prispeli k ďalšiemu rozvoju. Moderné modely sa vo svojom vývoji určite posunuli dopredu, ale rozsah použitia zostal prakticky nezmenený: vojenské a medicínske aplikácie.
Pokrok nespí: človek dobýva priestor a hlbiny mora, technika je čoraz sofistikovanejšia, no zatiaľ nie je schopná poraziť čas a všetky choroby. Mnoho ľudí na celom svete čelí problému obmedzenej mobility. Okrem toho sa to týka nielen starších ľudí, ale aj detí a dospelých. Exoskeleton vracia schopnosť pohybu tým, ktorí ho stratili.
Vo vojenských záležitostiach sa „vonkajšia kostra“ výrazne rozvinula. Exoskeletony pomáhajú vojakom dobyť vysoké hory, prenášať náklady a chrániť vojakov pred nárazmi a zraneniami. Najviac ekonomicky rozvinuté krajiny aktívne financujú vývoj exoskeletov. V tomto je obzvlášť úspešné Japonsko, ktoré vybavilo modely ovládanou mysľou.
Hoci moderné modely oveľa ľahšie a lacnejšie ako ich prototypy, inžinierom sa zatiaľ nepodarilo vyriešiť všetky problémy.
- Materiál. Vedci nemajú k dispozícii veľa materiálov, ktoré sú vhodné pre základ konštrukcie. Oceľ a hliník sú dostupné, ale nie sú vhodné na dlhodobé používanie. Hliník hromadí únavu a oceľ je ťažká, čo znižuje účinnosť „obleku“. Uhlíkové vlákno je účinné, ale drahé.
- Výživa. Exoskeleton môže byť napájaný elektrickou sieťou (nie je to najmobilnejšia možnosť) alebo taškou s benzínovým motorom (nepohodlné a tiež nebezpečné vo vojenských záležitostiach).
- Kontrola: Neúmyselné alebo nechcené pohyby nositeľa majú často ničivé následky.
Len včera bol let na Mesiac snom zúfalých spisovateľov sci-fi, ale dnes astronauti neustále „dosahujú nemožné“, nedávno používali poštové služby na komunikáciu s príbuznými a dnes stačí použiť mobilný telefón. Včerajšie fikcie, mýty a neuveriteľné nápady sa dnes menia na realitu. Moderné exoskelety môžu mať stále ďaleko od funkčnosti obleku Tonyho Starka, ale ktovie, možno zajtra nám uľahčia život.
Samozrejme, nie každý môže byť taký pekný, úspešný a šikovný ako miliardár Tony Stark. Ale takmer každý obyvateľ Zeme má možnosť stať sa Iron Manom vďaka špeciálnemu obleku. Po všetkom exoskeletony už dávno prestali byť sci-fi. A dnes budeme hovoriť o 5 skutočných ich modely.
TALOS
Niekoľko desiatok súkromných a verejných spoločností zo Spojených štátov amerických a niektorých ďalších krajín sveta, vrátane najväčších výskumných ústavov, pracuje na projekte tzv. Pre každého vojaka si dali za cieľ vytvoriť osobné brnenie, ktoré by ho síce nerobilo úplne nezraniteľným, no výrazne zvýšilo jeho fyzické možnosti a šancu na prežitie počas boja.Systém TALOS je založený na pancierovom exoskelete, ktorý vojaka nielen chráni pred guľkami a črepinami, ale umožňuje mu aj jednoduchý a voľný pohyb po bojisku s výstrojom do hmotnosti 45 kilogramov.
Oblek TALOS má zabudovaný systém starostlivosti o zdravie bojovníka. Je vybavený mnohými senzormi, ktoré monitorujú fyzický stav vojak a systém nafukovacích manžiet automaticky zastaví krvácanie pri prijatí rany.
Presné charakteristiky exoskeletu TALOS neboli zverejnené. Navyše na tento moment existujú len jeho prvé prototypy. Očakáva sa, že konečnú verziu obleku prijme americká armáda v roku 2018.
XOS 2
XOS 2 je duchovným dieťaťom Raytheon University of Salt Lake City. Tento exoskelet výrazne zvyšuje silu nositeľa a zároveň ho chráni pred množstvom vonkajších vplyvov.Exoskelet XOS 2 však ešte nemá pancier. Oblek je určený predovšetkým pre vojenských logistov, ktorí potrebujú prevážať ťažké bremená. Tu je XOS 2 naozaj dobrý. Tiež umožňuje človeku rozbiť tehlové steny a rozbiť drevené trámy.
Hlavnou nevýhodou XOS 2 sú problémy s jeho autonómiou. Exoskeleton funguje iba vtedy, keď je pripojený k autonómnemu zdroju energie. Ale Raytheon sľubuje, že to napraví v novej verzii svojho superobleku a pridá pancierové vložky na ochranu vojaka pred strelnými zbraňami.
Hybridná pomocná končatina
Zatiaľ čo niektoré organizácie pracujú na exoskeletoch pre vojenské použitie, aby vytvorili dokonalých vojakov na zabíjanie nepriateľov, iné vyvíjajú obleky, ktoré umožňujú chorým a bojom zraneným ľuďom viesť plnohodnotný život.Napríklad exoskeleton bol vytvorený špeciálne pre rehabilitáciu ľudí s problémami pohybového aparátu. Umožňuje im návrat do plnohodnotného aktívneho života. A tí, z ktorých donedávna nevedeli vstať invalidný vozík, teraz môžu, ak nebežia rýchlosťou olympijský víťaz, potom podľa najmenej, znova chodiť a dokonca vyliezť po schodoch.
Exoskelet Hybrid Assistive Limb je určený aj pre starších ľudí, pre ktorých sa aj návšteva potravín stala náročným a niekedy nemožným procesom.
Rovnako ako svaly v ľudskom tele, aj exoskelet Hybrid Assistive Limb počúva bioelektrické signály vychádzajúce z ľudského mozgu.
Mobilný oblek
Japonsko sa stále nemôže spamätať z havárie v jadrovej elektrárni Fukušima, ktorá vystavila celý svet riziku radiačnej katastrofy. Krajina Vychádzajúce slnko každoročne vyčleňuje miliardy dolárov na odstránenie následkov tohto incidentu. A jednou z etáp v boji proti nehode bol vývoj exoskeletu Mobile Suit.Inžinieri z University of Tsukuba vyvinuli mobilný oblek špeciálne pre následky katastrofy vo Fukušime. Tento exoskeleton vychádza z už spomínanej Hybrid Assistive Limb. Úspešný model, ktorý pomáha starším a zdravotne postihnutým, sa zmenil na plnohodnotný oblek, ktorý zvyšuje pevnosť, chráni pred rádioaktívnym prachom a šetrí pred prehriatím.
Najzaujímavejšie na exoskeletone Mobile Suit je však to, že v skutočnosti vyzerá ako oblek Iron Mana.
Roztrhnite vzduch rýchlosťou zvuku a ponáhľajte sa smerom k horizontu, ruky roztiahnuté po bokoch v sebe železný oblek. Byť kdekoľvek počas mihnutia oka zemegule bez toho, aby ste museli sedieť v dopravných zápchach. Lietanie bez krídel bez toho, aby ste boli na palube lietadla alebo niečoho silnejšieho. Nech do mňa hodí kameňom ten, kto nechcel byť v jeho hviezdnych chvíľach na mieste Tonyho Starka (samozrejme v obleku Železný muž). Čiastočne sa tieto sny budú dať realizovať exoskeletom - zariadením, ktoré môže zvýšiť schopnosti človeka (väčšinou fyzickú, svalovú silu) vďaka vonkajšiemu rámu. V tomto materiáli vám povieme, čo je toto zariadenie, aký vývoj už existuje a ako sa budú technológie vyvíjať v budúcnosti.
Od elastiped po „železného muža“
Veda a technika sú bez preháňania najzúrivejší závod vynaliezavosti medzi človekom a prírodou. Počas celej svojej histórie sa človek snaží prerobiť svet okolo seba tak, aby vyhovoval jeho potrebám. Niekde sa mu to podarí, často nie bez ujmy na prírode. Musíš sa na ňu niekde pozrieť. A zatiaľ čo väčšina bezstavovcov má vonkajšiu kostru v tej či onej forme, ľudia nie. Ale neboli tam žiadne krídla?
V súčasnosti sa pod exoskeletom rozumie mechanický oblek alebo jeho časť do výšky 2–2,5 metra. Ďalej prídu „mobilné obleky“, roboti a iní obrí humanoidní roboti.
Ako mnoho iných vecí v našich životoch, aj exoskeletony postupne prekračujú hranicu, ktorá oddeľuje divoké sny a každodenný život. Pôvodne to boli len myšlienky, koncepty, mýty a legendy sci-fi, dnes sa nové verzie exoskeletov objavujú takmer každý týždeň.
Za prvého vynálezcu exoskeletu sa považuje ruský „strojný inžinier“ Nikolaj Ferdinandovič Yagn, ktorý si v 90. rokoch 19. storočia na túto tému zaregistroval množstvo patentov. Žil v Amerike, kde si svoje zázraky patentoval, predvádzal na výstavách a po návrate do rodná krajina znovu vynájdený. Jeho exoskelet mal vojakovi v prvom rade uľahčiť chôdzu, beh a skákanie. Už vtedy ruský génius predvídal potenciál vojenská moc podobné zariadenia.
NICHOLAY
Ferdinandovič YAGN
Okrem exoskeletonu Yagn vyvinul chladiace závesy, hydromotor, výkyvnú vrtuľu, samovar-sterilizátor a ďalšie zariadenia
Hardiman
Nepopierajme, že spisovatelia sci-fi mali obrovský a nesmierny príspevok k vývoju exoskeletov. V roku 1959, po uznávanom románe Roberta Heinleina Starship Troopers„Všetkým bolo jasné, že obleky s vonkajším rámom sú budúcnosťou vojenských operácií a ďalších. A ideme preč.
Prvý exoskelet vytvorila spoločnosť General Electric s podporou Ministerstva obrany USA v 60. rokoch minulého storočia. Hardiman vážil 680 kilogramov a dokázal zdvihnúť bremená s hmotnosťou až 110 kilogramov. So všetkými obrovskými ambíciami - a chceli to použiť pod vodou a vo vesmíre a na nosenie bojových hlavíc a jadrových tyčí - sa ukázalo, že nie najlepším možným spôsobom. Pohodlne na neho zabudli.
„pedomotorické“ zariadenie, ktoré nejasne pripomínalo exoskeletony vynálezcu Leslie S. Kellyho, vyvinuté v roku 1917
O deväť rokov neskôr Miomir Vukobratovič z Belehradu v Juhoslávii ukázal prvý chodiaci exoskelet s pohonom, ktorého účelom bolo dať ľuďom s paraplégiou schopnosť chodiť. Zariadenie bolo založené na pneumatickom pohone. Sovietski vedci z Ústredného ústavu traumatológie a ortopédie pomenovaného po N. N. Priorovovi podnikli prvé iniciatívy na vývoj exoskeletov spolu s juhoslovanskými kolegami na základe Vukobratovičovej práce. Ale so začiatkom perestrojky boli projekty uzavreté a neexistujú žiadne informácie o tajnom podzemnom vývoji exoskeletov. Ale s prieskumom vesmíru bolo všetko v poriadku.
IN iný čas V rozdielne krajiny remeselníci sa snažili vyrobiť exoskeletony sami na rôzne účely, ale kvôli rôznym prekážkam (o ktorých si povieme neskôr) to bolo veľmi zle možné. Nedostatok energetických zdrojov, pomalý rast vedecko-technického pokroku, rozvoj materiálovej vedy a iných príbuzných vied, ako aj rozvoj počítačovej výpočtovej techniky a kybernetiky, ktorých vlna sa zdvihla len pred 30 rokmi, to všetko sa spomalilo. vývoj exoskeletov. Bez akýchkoľvek pochybností toto sofistikované technológie ktoré ľudia ešte musia zvládnuť.
Problémy s exoskeletonmi
Na tejto planéte nie je veľa materiálov, z ktorých sa dá vyrobiť pevný rám a ktoré svojou váhou nezhoršia záležitosť. V každom prípade ich nebolo veľa, no berúc do úvahy vesmírne lety, vojenský vývoj, rozvoj materiálovej vedy, nanotechnológie a asi tucet ďalších zaujímavých oblastí, ľudstvo postupne naberá jednu bariéru za druhou. IN začiatok XXI storočia vzrástol záujem o exoskeletony s pozoruhodnou silou a horí dodnes. Najprv si však povedzme o hlavných problémoch, ktorým čelia tvorcovia exoskeletov.
Ak rozložíme hypotetický exoskelet na jeho komponenty, budeme mať: zdroj energie, mechanickú kostru a softvér. A ak sa zdá, že s poslednými dvoma bodmi je všetko jasné a nezostali takmer žiadne problémy, potom je zdroj energie vážny problém. S normálnym zdrojom energie mohli inžinieri nielen vytvoriť exoskeleton, ale tiež ho skombinovať so skafandrom a jetpackom. Výsledkom by bol zrejme oblek Iron Mana, no nový Tony Stark sa zatiaľ neobjavil.
Ktorýkoľvek z kompaktných zdrojov energie dnes dokáže poskytnúť exoskeletonu výdrž batérie len niekoľko hodín. Ďalej je závislosť na drôte. Nenabíjateľné a dobíjacie batérie majú svoje obmedzenia, ako je potreba výmeny alebo pomalého nabíjania. Spaľovacie motory musia byť veľmi spoľahlivé, no nie zvlášť kompaktné. Navyše v druhom prípade budete potrebovať doplnkový systém chladenie a samotný spaľovací motor je ťažké nakonfigurovať na okamžité emisie veľká kvantita energie. Elektrochemické palivové články sa dajú rýchlo doplniť palivom kvapalné palivo(napríklad metanol) a poskytujú potrebné a okamžité uvoľnenie energie, ale fungujú pri extrémnej teplote vysoké teploty. 600 stupňov Celzia - relatívne nízka teplota pre takýto zdroj energie. S ním sa „železný muž“ zmení na hot dog.
Napodiv, najmožnejšie riešenie problému s palivom pre exoskeletony budúcnosti môže byť tým najnemožnejším: bezdrôtový prenos energie. Mohlo by to vyriešiť veľa problémov, pretože sa môže prenášať z ľubovoľne veľkého reaktora (vrátane jadrového). Ale ako? Otázka je otvorená.
Prvé exoskelety boli vyrobené z hliníka a ocele, ktoré boli lacné a ľahko sa používali. Ale oceľ je príliš ťažká a exoskeleton musí tiež pracovať, aby ho zdvihol vlastnou váhou. V súlade s tým, kedy ťažká váha oblek, jeho účinnosť sa zníži. Zliatiny hliníka sú pomerne ľahké, ale akumulujú únavu, čo znamená, že nie sú zvlášť vhodné pre vysoké zaťaženie. Inžinieri hľadajú svetlo a odolných materiálov ako titán alebo uhlíkové vlákno. Budú nevyhnutne drahé, ale poskytnú účinnosť exoskeletu.
Pohony predstavujú osobitný problém. Štandardné hydraulické valce sú dostatočne výkonné na manipuláciu vysoká presnosť, ale ťažké a vyžadujú si veľa hadíc a rúrok. Pneumatika je na druhej strane príliš nepredvídateľná z hľadiska manipulačného pohybu, pretože stlačené plynové pružiny a reakčné sily tlačia na ovládače.
Vyvíjajú sa však nové elektronické servá, ktoré budú využívať magnety a poskytovať citlivé pohyby, pričom spotrebúvajú minimálnu energiu a sú malé. Môžete to prirovnať k prechodu z parných lokomotív na vlaky. Všimnime si aj flexibilitu, ktorú by kĺby mali mať, no tu môžu problémy exoskeletov vyriešiť vývojári skafandrov. Pomôžu vám tiež zistiť, ako prispôsobiť oblek veľkosti nositeľa.
Kontrola
Osobitnou výzvou pri vytváraní exoskeletu je riadenie a regulácia nadmerných a nechcených pohybov. Nemôžete jednoducho ísť a vytvoriť exoskeleton s rovnakou rýchlosťou reakcie pre každého člena. Takýto mechanizmus môže byť pre používateľa príliš rýchly, ale spomaliť ho je neúčinné. Na druhej strane sa nemôžete spoliehať na používateľa a dôverovať senzorom, že odčítajú zámery z pohybov tela: desynchronizácia pohybov používateľa a obleku povedie k zraneniu. Oboje treba obmedziť herecké strany. Inžinieri si lámu hlavu nad riešením tohto problému. Navyše, neúmyselný alebo nechcený pohyb treba zaznamenať vopred, aby náhodné kýchnutie alebo kašeľ neviedlo k privolaniu záchranky.
Exoskeletony a budúcnosť
V roku 2010 Sarcos a Raytheon spolu s americkým ministerstvom obrany ukázali bojový exoskelet XOS 2 Prvý prototyp vyšiel o dva roky skôr, no nevzbudil rozruch. Ale XOS 2 sa ukázal byť taký skvelý, že Časopis Time zaradil exoskeletony do zoznamu piatich najlepších vojenských inovácií roka. Odvtedy si poprední svetoví inžinieri lámu hlavu nad vytvorením exoskeletov, ktoré môžu poskytnúť výhodu na bojovom poli. A aj mimo neho.
čo máme dnes?
Tento exoskeleton bol predstavený v roku 2011 a bol navrhnutý pre ľudí so zdravotným postihnutím. V januári 2013 vyšla aktualizovaná verzia ReWalk Rehabilitation a už v júni 2014 FDA schválila používanie exoskeletu na verejnosti aj doma, čím mu otvorila cestu komerčne. Systém váži približne 23,3 kilogramu, beží na systéme Windows a má tri režimy: chôdza, sedenie a státie. Cena: od 70 do 85 tisíc dolárov.
Séria týchto vojenských exoskeletov je v aktívnom vývoji (ďalší je XOS 3). Váži približne 80 kilogramov a umožňuje majiteľovi ľahko zdvihnúť 90 kilogramov navyše. Najnovšie modely Obleky sú také mobilné, že vám umožňujú hrať sa s loptou. Ako poznamenávajú výrobcovia, jeden XOS môže nahradiť troch vojakov. Snáď sa tretia generácia exoskeletonu priblíži tomu, čo vidíme na plátnach sci-fi filmov v posledných rokoch. Bohužiaľ, zatiaľ čo on je zviazaný externý zdroj výživa.
Human Universal Load Carrier je výtvorom slávnej spoločnosti Lockheed Martin spolu s Berkeley Bionics. Tento exoskelet je určený aj pre armádu. Základom je hydraulika a lítium-polymérové batérie. Správnym naložením vonkajšieho rámu ho môže užívateľ použiť na prepravu až 140 kilogramov prebytočného nákladu. Očakáva sa, že vojaci budú môcť používať HULC a la „nákladné auto ja a môj priateľ“ po dobu 72 hodín. Vývoj je v plnom prúde, takže nie je prekvapujúce, že HULC môže byť prvým, kto vstúpi do prevádzky so Spojenými štátmi.
ExoHiker, ExoClimber a eLEGS (Ekso)
Prototypy sú opäť Berkeley Bionics, určené na plnenie rôznych úloh. Prvý má pomôcť cestovateľom preniesť náklad do 50 kilogramov, bol predstavený vo februári 2005 a váži okolo 10 kilogramov. Vzhľadom na malý solárny panel môže fungovať veľmi, veľmi dlho. ExoClimber je desaťkilogramový doplnok k ExoHiker, ktorý užívateľovi umožňuje skákať a liezť po schodoch. V roku 2010 vývoj Berkeley Bionics vyústil do eLEGS. Tento systém je plnohodnotným hydraulickým exoskeletom, ktorý umožňuje paralyzovaným ľuďom chodiť a stáť. V roku 2011 bol eLEGS premenovaný na Ekso. Váži 20 kilogramov a pohybuje sa s maximálna rýchlosť rýchlosťou 3,2 km/h a beží 6 hodín.
Ďalší senzačný exoskelet od japonského výrobcu robotov Cyberdyne. Jeho účelom je poskytnúť ľuďom so zdravotným postihnutím možnosť chôdze. Existujú dva hlavné varianty: HAL-3 a HAL-5. Od svojho predstavenia v roku 2011, za menej ako rok, HAL prijalo viac ako 130 lekárske ústavy celoštátne. Testovanie však bude pokračovať počas roku 2014 a možno aj v roku 2015. V auguste 2013 dostala spoločnosť HAL carte blanche na použitie ako lekársky robot v Európe. Najnovší model Oblek váži okolo 10 kilogramov.
Priemerná cena lekárskeho exoskeletu -
90 tisíc dolárov.
Okrem serióznych exoskeletov celého tela sú čoraz populárnejšie obmedzené exoskelety určené na vykonávanie špecifických úloh. Napríklad v auguste tohto roku bola predvedená stolička Chairless Chair ex-stolička, ktorá umožňuje sedieť v stoji. Daewoo a Lockheed Martin nezávisle demonštrovali exoskelety pre pracovníkov lodeníc. Tieto zariadenia umožňujú pracovníkom držať bremeno alebo nástroj s hmotnosťou až 30 kilogramov bez toho, aby sa príliš namáhali.
V Rusku vývoj exoskeletu s názvom „ExoAtlet“ vyvíja tím vedcov zhromaždený vo Výskumnom ústave mechaniky Moskovskej štátnej univerzity. Pokračujú vo vývoji Vukobratoviča, ktorý sa začal v ZSSR, ktorý sme spomenuli vyššie. Prvý funkčný pasívny exoskelet tohto tímu bol vyvinutý pre záchranárov, hasičov a záchranárov. S hmotnosťou 12 kilogramov to konštrukcia umožňuje osobitné úsilie prepravovať až 100 kilogramov nákladu. Spoločnosť plánuje vyvinúť výkonový model ExoAtler-A, ktorý jej umožní uniesť až 200 kilogramov, ako aj medicínsky exoskelet na rehabilitáciu ľudí so zdravotným postihnutím.
Všetky tieto kostýmy majú spoločné to, že sú prezentované väčšinou ako prototypy. To znamená, že sa budú zlepšovať. To znamená, že ich čakajú terénne testy. To znamená, že budú nové modely. To znamená, že oni sú budúcnosť. Je príliš skoro povedať, že funkčný a užitočný exoskelet je možné kúpiť na čiernom trhu. Začalo sa však a vývoj tohto smeru s istotou vstupuje do širokého hlavného prúdu. Do kostýmu Tonyho Starka máme ešte ďaleko, no čo nám bráni užiť si veľkolepé filmy? Fanúšikovia veľkolepých súbojov s exoskeletonmi sa budú mať vždy na čo pozerať: „Aliens“ (1986), „Iron Man“ (2008), „Avatar“ (2009), „District č. 9“ (2009), „The Avengers“ ( 2012), „Elysium“ (2013), „Edge of Tomorrow“ (2014).
Jedna vec je istá: exoskeletony budú v budúcnosti všade. Pomôžu našim astronautom preskúmať Mars, vybudovať prvé kolónie a pohodlne sa pohybovať vo vesmíre. Uplatnia sa vo vojenskom segmente, keďže štandardne dávajú vojakom nadľudskú silu. Dajú možnosť naplno sa presťahovať tým, ktorí ju stratili. Oblek Iron Man sa jedného dňa stane skutočným, rovnako ako všetko, čo vidíte okolo seba.
"ExoAtlet"