Экзоскелет что это значит

Экзоскелеты на службе у человека

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

Что такое экзоскелет

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

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

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

Первые экзоскелеты

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

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

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

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

Экзоскелеты для инвалидов

Ekso GT

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

Hybrid Assistive Limb (HAL)

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

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

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

Phoenix

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

eLegs

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

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

ReWalk

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

Военные экзоскелеты

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

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

XOS 2

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

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

Talos

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

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

ExoHiker

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

Промышленные экзоскелеты

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

Chairless Chair

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

Exosuit

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

MS-02 PowerLoader

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

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

MAX SuitX

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

Assist Suit AWN-03

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

Российские экзоскелеты

ЭкзоАтлет

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

Экзоскелет Стоханов

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

ExoBelt

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

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

Экзоскелеты будущего

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

ARAIG

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

NASA X1

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

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

Источник

Что такое экзоскелет?

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

Что такое экзоскелет?

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

По области применения выделяют следующие виды экзоскелетов:

• медицинские. Необходимы для пациентов, которые полностью или частично утратили возможность свободного перемещения, а также как вспомогательное средство при прохождении восстановительного курса терапии, например, после травм, перенесенных инсультов или инфарктов.
• промышленные. Используются для облегчения условий труда на строительных площадках и предприятиях, также во время погрузочных работ (для грузчиков).
• военные. Здесь сосредоточено наибольшее количество моделей и используются передовые технологии. В отличие от бытующего мнения экзоскелеты для военных – это не только механизм, используемый солдатами во время боевых действий, но и устройство, помогающее в организации различных спасательных и разведывательных операциях.

На сегодняшний день специалисты предлагают несколько типов приводов для iron-костюмов: электрические, пневматические, гидравлические, с двигателем внутреннего сгорания.

По способу управления экзоскелеты бывают управляемые, когда для активации необходимо нажимать на определенные датчики, так и управляющие (с силовой обратной связью), с нейроинтерфейсом.

Как выглядит экзоскелет?

Говоря о экзоскелетах, представляется некая «поддерживающая» конструкция, зачастую размещенная вдоль позвоночника и конечностей. Это рамный тип экзоскелета. К слову такие модели могут быть как энергонезависимы (пассивные без силовых приводов), так и нуждающиеся в подзарядке или топливе (активные).

Кроме того существует капсульные варианты, которые максимально похожи на костюм «Железного Человека». Внутри устройства имеются датчики давления, при помощи которых и происходит управление. Устройство полностью закрывает тело оператора, однако широкого распространения данный вариант не получил.

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

Недостатки устройств

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

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

Самый современный медицинский экзоскелет

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

Команда ученых из биомедицинского исследовательского центра Clinatec и Университета Гренобля создали экзоскелет, управляемый разумом. Это стало возможным благодаря серьезному рывку в развитии робототехники и технологии искусственного интеллекта.

Для тестирования систмы был выбран 28-летний житель Леона Тибо, который получил серьезные травмы (паралич ниже плеч) после падения с 12-метровой высоты.

Для управления устройством ему были имплантированы 2 датчика в голову для записи и трансляции мозговых волн, которые передают команды движения. Затем мужчина два года практиковался в среде виртуальной реальности (VR), управляя «цифровыми конечностями», в то время как глубокий познавательный ИИ отслеживал его мозговые волны, пытаясь соотнести конкретные сигналы с движениями рук и ног.

После VR-тренировок Тибо смог пройти пешком расстояние 145 метров с 480 шагами. В это время экзоскелет дополнительно был зафиксирован к потолочной системе, но специалисты уверены, что в дальнейшем можно будет отказаться от поддерживающих конструкций.

Суперлегкий Samsung Samsung GEMS, весом 2,1 кг, поможет облегчить передвижение (снижает нагрузку с тазобедренных суставов, коленей) пожилым и людям с инвалидностью. Он может сэкономить до 23% энергии во время ходьбы.

О цене и начале продаж производитель пока не сообщает.

Особых успехов удалось достичь производителям ReWalk Personal 6.0 (израильская компания ReWalk ), EksoGT (компании Ekso Bionics, базирующейся в Калифорнии), Indego Personal (американской компании Parker Hannifin Corporation). Устройства позволяют свободно перемещаться людям с инвалидностью.

Цены: ReWalk Personal — $70 — 85 тыс; EksoGT Ekso – $100 тыс; Indego Personal — $100-150 тыс.

В военном деле «внешний скелет» получил хорошее развитие. Экзоскелеты помогают солдатам покорять высокие горы, переносить грузы, защищают солдат от ударов и травм. Большинство экономически развитых стран активно финансируют разработку экзоскелетов.

Компания Sarcos Robotics на протяжении 17 лет занималась разработкой Guardian XO для военного дела и промышленности (строительство). По заявлениям производителей, устройство сможет работать автономно до 8-ми часов, позволит с легкостью поднимать грузы весом 90кг.

Кроме того, конструкция совершенно не мешает оператору свободно двигаться. К концу 2020 года уже можно будет увидеть первые коммерческие единицы.
Экзоскелет можно арендовать: $ 100 тыс./год

Экипировка и экзоскелет «Ратник», Россия

На военно-техническом форуме «Сухопутные войска — 2019» в Москве, был продемонстрирован экзоскелет российского производства. Устройство было успешно испробовано во время проведения операций по разминированию в Сирии.

Не отстает и промышленность

LG Electronics разработал экзоскелет CLOi SuitBot, который помогает рабочим поднимать, и опускать тяжелые предметы. Первоначально представленный на выставке IFA tech Expo в Берлине, а затем модернизированный до текущей, более легкой версии, экзоскелет LG состоит из нижней части спины и опорных частей, разветвляющихся на каждую ногу.

Hyundai использует экзоскелеты для рабочих, которые выполняют сложные заводские операции, и подолгу работают на сборочных линиях. Разработаны два вида устройств: снижающий нагрузку на колени, и жилеты VEX для поддержки спины.

Одним из самых первых на своих заводских линиях экзоскелеты для рабочих внедряли в компании Ford – EksoVest. Модель необходима для увеличения грузоподъемности, а также чтобы легче было держать автомобильные запчасти над головой.

В цехах по изготовлению инструментов, покрасочном и сборочном цехах примерно 60 сотрудников завода Audi в Ингольштадте тестируют экзоскелеты компаний Ottobock и Skelex. Механические экзоскелеты Paexo и Skelex 360, выполненные в виде рюкзаков, помогают при работе, выполняемой руками над головой.

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

Источник