Et halvt århundre etter at arbeidet med eksoskjeletter startet, er de første prøvene av dette utstyret klare til å gå til fullverdig arbeid. Lockheed Martin skryte nylig av at HULC -prosjektet (Human Universal Load Carrier) ikke bare har blitt testet med Pentagon, men er klar for serieproduksjon. Eksoskjelettet HULC "puster nå i ryggen" av flere lignende prosjekter fra andre selskaper. Men en slik overflod av design var ikke alltid.
Faktisk dukket ideen om å lage en enhet som kan brukes av en person og forbedre hans fysiske kvaliteter betydelig opp i første halvdel av forrige århundre. Imidlertid var det til en viss tid bare en annen forestilling om science fiction -forfattere. Utviklingen av et praktisk anvendelig system ble først startet helt på slutten av femtitallet. General Electric, i regi av det amerikanske militæret, lanserte et prosjekt kalt Hardiman. Den tekniske oppgaven var dristig: eksoskjelettet fra GE skulle gjøre det mulig for en person å operere med laster som veier opp til halvannet tusen pund (ca. 680 kilo). Hvis prosjektet ble fullført, ville Hardiman eksoskeleton ha store muligheter. Så militæret hadde til hensikt å bruke ny teknologi for å lette arbeidet med våpensmeder i luftvåpenet. I tillegg var atomforskere, byggherrer og representanter for mange andre næringer "i kø". Men selv ti år etter at programmet startet, har ingeniørene i General Electric ikke klart å oversette alt som ble unnfanget til metall. Flere prototyper ble bygget, inkludert en fungerende mekanisk arm. Hardymenes enorme klo var hydraulisk drevet og kunne løfte 750 kilo last (omtrent 340 kg). På grunnlag av en brukbar "hanske" var det mulig å lage en andre. Men designerne stod overfor et annet problem. De mekaniske "beina" på eksoskjelettet ønsket ikke å fungere skikkelig. Hardiman -prototypen med en arm og to støttebein veide under 750 kilo, mens maksimal designkapasitet var mindre enn sin egen vekt. På grunn av denne vekten og særegenhetene ved sentrering av eksoskjelettet, begynte hele strukturen ofte å vibrere når lasten løftes, noe som førte til at den velte flere ganger. Med bitter ironi kalte forfatterne av prosjektet dette fenomenet "den mekaniske dansen til St. Vitus". Uansett hvor hardt designerne til General Electric kjempet, klarte de ikke å takle justeringen og vibrasjonene. Helt i begynnelsen av 70 -årene ble Hardiman -prosjektet stengt.
I de påfølgende årene gikk arbeidet i retning av eksoskjeletter inaktivt. Av og til begynte forskjellige organisasjoner å håndtere dem, men nesten alltid fulgte ikke ønsket resultat. Samtidig var formålet med å lage et eksoskelet ikke alltid militær bruk. På 70 -tallet utviklet ansatte ved Massachusetts Institute of Technology, uten særlig suksess, utstyr av denne klassen, designet for rehabilitering av funksjonshemmede med skader i muskuloskeletalsystemet. Dessverre, på den tiden kom ingeniørene også i veien for å synkronisere de forskjellige delene av drakten. Det skal bemerkes at eksoskjeletter har en rekke karakteristiske trekk som ikke gjør opprettelsen deres litt enklere. Dermed krever en betydelig forbedring av de menneskelige operatørens fysiske evner en passende energikilde. Sistnevnte øker i sin tur dimensjonene og egenvekten til hele apparatet. Den andre ulempen ligger i samspillet mellom personen og eksoskjelettet. Prinsippet for bruk av slikt utstyr er som følger: en person gjør enhver bevegelse med armen eller beinet. Spesielle sensorer knyttet til lemmene hans mottar dette signalet og sender den riktige kommandoen til betjeningselementene - hydrauliske eller elektriske mekanismer. Samtidig med utstedelse av kommandoer sikrer de samme sensorene at bevegelsen til manipulatorene tilsvarer operatørens bevegelser. I tillegg til å synkronisere bevegelsens amplituder, står ingeniører overfor spørsmålet om timing. Poenget er at enhver mekaniker har en viss reaksjonstid. Derfor bør det minimeres for å sikre tilstrekkelig bekvemmelighet ved bruk av eksoskjelettet. Når det gjelder små, kompakte eksoskjeletter, som nå vektlegges, har synkronisering av menneske- og maskinbevegelser en spesiell prioritet. Siden det kompakte eksoskjelettet ikke tillater en økning i støtteoverflaten, etc., kan mekanikk som ikke har tid til å bevege seg med personen påvirke bruken negativt. For eksempel kan en utidig bevegelse av et mekanisk "ben" føre til at en person rett og slett mister balansen og faller. Og dette er langt fra alle problemene. Tydeligvis har menneskebenet færre frihetsgrader enn hånden, for ikke å snakke om hånden og fingrene.
Den nyeste historien til militære eksoskjeletter begynte i 2000. Deretter startet det amerikanske byrået DARPA starten på EHPA -programmet (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for increase human performance). EHPA -programmet var en del av et større Land Warrior -prosjekt for å skape utseendet til fremtidens soldat. Imidlertid ble Land Warrior i 2007 kansellert, men eksoskjelettdelen ble videreført. Målet med EHPA-prosjektet var å lage den såkalte. et komplett eksoskjelett, som inkluderte forsterkere for menneskelige armer og ben. Samtidig var det ikke nødvendig med våpen eller reservasjoner. Tjenestemennene med ansvar for DARPA og Pentagon var godt klar over at den nåværende situasjonen innen eksoskjeletter rett og slett ikke tillater å utstyre dem med tilleggsfunksjoner. Derfor innebærer mandatet for EHPA-programmet bare muligheten for en soldats langsiktige bæring i et eksoskelet av en last som veier omtrent 100 kilo og en økning i bevegelseshastigheten.
Sacros og University of Berkeley (USA), samt de japanske Cyberdyne Systems, uttrykte sitt ønske om å delta i utviklingen av ny teknologi. Tolv år har gått siden starten av programmet, og i løpet av denne tiden har sammensetningen av deltakerne gjennomgått noen endringer. Sacros har nå blitt en del av Raytheon -bekymringen, og en avdeling ved universitetet kalt Berkeley Bionics har blitt en divisjon av Lockheed Martin. På en eller annen måte er det nå tre prototype eksoskjeletter laget under EHPA -programmet: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL og Raytheon XOS.
Det første av de oppførte eksoskjelettene - HULC - oppfyller ikke fullt ut DARPA -kravene. Faktum er at konstruksjonen på 25 kilo bare inneholder et ryggstøttesystem og mekaniske "bein". Håndstøtte er ikke implementert i HULC. Samtidig øker de fysiske evnene til HULC -operatøren på grunn av det faktum at gjennom ryggstøttesystemet overføres mesteparten av belastningen på armene til kraftelementene i eksoskjelettet og til slutt "går" i bakken. Takket være det anvendte systemet kan en soldat bære opptil 90 kilo last og samtidig oppleve en last som oppfyller alle hærens standarder. HULC drives av et litiumionbatteri som varer opptil åtte timer. I økonomisk modus kan en person i et eksoskelet gå med en hastighet på 4-5 kilometer i timen. Maksimal hastighet på HULC er 17-18 km / t, men denne driftsmåten for systemet reduserer driftstiden betydelig fra en batteriladning. I fremtiden lover Lockheed Martin å utstyre HULC med brenselceller, hvis kapasitet vil være nok for en driftsdag. I tillegg lover designerne i påfølgende versjoner å "robotiske" hender, noe som vil øke egenskapene til brukeren av eksoskeletet betydelig.
Raytheon har så langt presentert to noe lignende eksoskjeletter med indeksene XOS-1 og XOS-2. De varierer i vekt- og størrelsesparametere og som et resultat av en rekke praktiske egenskaper. I motsetning til HULC er XOS -familien utstyrt med et håndavlastningssystem. Begge disse eksoskjelettene kan løfte omtrent 80-90 kilo av sin egen vekt. Det er bemerkelsesverdig at designet til begge XOS lar deg installere forskjellige manipulatorer på mekaniske armer. Det skal bemerkes at XOS-1 og XOS-2 har et betydelig strømforbruk så langt. På grunn av dette er de ennå ikke autonome og krever ekstern strømforsyning. Følgelig er maksimal reisehastighet og batterilevetid uaktuelt. Men ifølge Raytheon vil behovet for kabelstrøm ikke være et hinder for bruk av XOS i lagre eller militærbaser der det er en passende strømkilde.
Det tredje utvalget av EHPA -programmet er Cyberdyne HAL. I dag er HAL-5-versjonen relevant. Dette eksoskjelettet er til en viss grad en blanding av de to første. Som HULC kan den brukes uavhengig - batteriene varer i 2,5-3 timer. Med XOS -familien er Cyberdyne Systems utvikling forenet av designens "fullstendighet": den inkluderer støttesystemer for både armer og ben. Bæreevnen til HAL-5 overstiger imidlertid ikke et par titalls kilo. Situasjonen er lik med hastighetskvaliteten til denne utviklingen. Faktum er at japanske designere ikke har fokusert på militær bruk, men på rehabilitering av funksjonshemmede. Selvfølgelig trenger slike brukere ganske enkelt ikke høy hastighet eller lastekapasitet. Følgelig, hvis militæret er interessert i HAL-5 i sin nåværende tilstand, vil det være mulig å lage et nytt eksoskjelett på grunnlag av det, skjerpet for militær bruk.
Av alle alternativene for lovende eksoskjeletter som ble sendt til EHPA -konkurransen, har bare HULC så langt nådd testing i samarbeid med militæret. En rekke funksjoner i andre prosjekter tillater fremdeles ikke å starte sine feltforsøk. I september vil flere HULC -sett bli sendt i deler for å studere egenskapene til eksoskjelettet under virkelige forhold. Hvis alt går greit, vil storskala produksjon begynne i 2014-15.
I mellomtiden vil forskere og designere ha bedre konsepter og design. Den mest etterlengtede innovasjonen innen eksoskjeletter er robothansker. De eksisterende manipulatorene er ennå ikke veldig praktiske for bruk av verktøy og lignende gjenstander beregnet for manuell bruk. Videre er opprettelsen av slike hansker forbundet med en rekke vanskeligheter. Generelt ligner de på andre eksoskjeletsamlinger, men i dette tilfellet forverres synkroniseringsproblemer av et stort antall mekaniske elementer, trekk ved bevegelsen av menneskehånden, etc. Det neste trinnet i utviklingen av eksoskjeletter vil være opprettelsen av et nevroelektronisk grensesnitt. Nå styres bevegelsen av mekanikk av sensorer og servostasjoner. Mer praktisk for ingeniører og forskere er bruken av et kontrollsystem med elektroder som fjerner menneskelige nerveimpulser. Blant annet vil et slikt system redusere reaksjonstiden til mekanismer og som et resultat øke effektiviteten til hele eksoskjelettet.
Når det gjelder praktisk anvendelse, i løpet av det siste halve århundret, har synspunkter på det neppe endret seg. Militæret regnes fortsatt som hovedbrukerne av lovende systemer. De kan bruke eksoskjeletter til lasting og lossing av operasjoner, forberedelse av ammunisjon, og i tillegg i en kampsituasjon for å forbedre krigernes evner. Det skal bemerkes at bæreevnen til eksoskjeletter vil være nyttig ikke bare for militæret. Den utbredte bruken av teknologi som gjør at en person kan øke sine fysiske evner betydelig, kan forandre ansiktet til all logistikk og godstransport. For eksempel vil tiden for lasting av en lastetrailer i fravær av gaffeltrucker reduseres med titalls prosent, noe som vil øke effektiviteten til hele transportsystemet. Til slutt vil nervekontrollerte eksoskjeletter hjelpe funksjonshemmede med å støtte mennesker til å leve et fullt liv igjen. Videre er det store håp knyttet til det nevroelektroniske grensesnittet: i tilfelle skader på ryggraden, etc. Ved skader kan det hende at signaler fra hjernen ikke når et bestemt område av kroppen. Hvis vi "fanger opp" dem til det skadede området av nerven og sender dem til eksoskjelettkontrollsystemet, vil personen ikke lenger være begrenset til en rullestol eller seng. Dermed kan militær utvikling igjen forbedre livet til ikke bare militæret. Bare for nå, med store planer, bør du huske om prøveoperasjonen av Lockheed Martin HULC eksoskelet, som bare begynner til høsten. Basert på resultatene vil det være mulig å bedømme både utsiktene for hele bransjen og interessen for den fra potensielle brukere.
