Бионични хора: Екзоскелетната технология предефинира границите

реклама

в Край на утре, критично признат филм за научна фантастика, пуснат това лято, войниците се бият с извънземни с захранвани екзоскелети, които повишават тяхната сила, бързина и пъргавина. На сребърния екран, наред с експлозиите и враговете на другия свят, идеите изглежда като холивудско изобретение - но е по-близо до реалността, отколкото бихте си мислили.

Изследванията на екзоскелета се провеждат в продължение на повече от век, което доведе до редица жизнеспособни прототипи. Изненадващо обаче, те се фокусират по-малко върху свръхчовешката сила и повече върху подобряването на издръжливостта и качеството на живот. Изследователите в областта виж бъдещето 4 технологии, които могат да променят светаВ момента е толкова вълнуващо време да бъдем живи, тъй като науката и технологиите подтикват човечеството напред с толкова невероятни темпове. Кой би си помислил преди десет години, че ще имаме достъп с едно докосване до всички ... Прочетете още като маратон вместо спринт.

Exo-История

Човешките екзоскелети са се появили през

научнофантастични истории sв началото на 50-те години, но първият истински екзоскелет е изобретен повече от половин век по-рано от руския изобретател Николай Ягн. Въпреки страната на пребиваване, той реши да подаде патент в Патентното ведомство на САЩ през 1890г. Той описа изобретението си като:

[…] Редица пружини, пригодени да поддържат теглото на цялото тяло и съхраняват и акумулират сила, упражнена по този начин, заедно със силата, упражнена от инерцията на такова мъртво тегло, когато е в движение. - Николай Ягн, изобретател

Неговият екзоскелет също използва „акумулатори на сгъстена течност“, за да съхранява енергия. Според Никълъс, неговото изобретение даде на потребителите по-добра мобилност и намали напрежението при бягане и скачане по тялото. За съжаление, фенове на пара-пънк; това не е задвижвана от предавки машина за смърт.

Първият захранван екзоскелет, наречен Hardiman, е разработен от General Electric в края на 60-те години. Масов и брутален, костюмът много приличаше на масивните бойни костюми, предвидени от авторите на научната фантастика. Той е създаден, за да увеличи съществено силата на потребителя, но изобретателите му никога не са намалили напълно изискванията за управление и мощност. Както е посочено в окончателния доклад на проекта:

Проблемът с интерфейс човек-машина в прототипа Hardiman I е сериозен. Високата мощност, сложността на многозъбената система и интимната връзка на човека и машината наложиха много дизайнерски ограничения и предизвикаха големи изисквания към съществуващите технологии.

Провалът на Хардиман демонстрира изключителната трудност при разработването на екзоскелет с технологията на тази епоха. Друг опит е направен чак в началото на 90-те, когато изследователи от Кавасаки започнаха работа по силата Assist Suit [Премахнат счупен URL адрес], екзоскелет, създаден да помогне на медицинските специалисти да се движат неподвижни пациенти.

Експлозия на ново развитие се случи след края на века. Японската компания Cyberdyne представи концепцията за екзоскелет HAL-3, Berkeley разработи екзоскелет на долната част на тялото, наречен Bleex, за да помогне на войниците да пренасят тежки товари на дълги разстояния, а Honda събра двойка екзоскелети на долната част на тялото, предназначени за частично подвижни хора, които в противен случай може да се нуждаят от бастун или проходилка.

Захранване

Проваленият проект на Хардиман е вид костюм, който повечето хора мислят, когато им бъде казано да си представят екзоскелет. Много от нас си спомнят изображения от художествена литература, като например известния екзоскелет, пилотиран от Сигурни Уивър (или по-скоро каскадьорът, скрит зад нея) в извънземни.

Масивният екзоскелет със сигурност може да удиви публиката, но практическата му употреба е ограничена. Батериите все още нямат издръжливост, необходима за захранване на зверска машина за дълги периоди от време, а голям екзоскелет не прави много мотокари, кран или друго превозно средство, което не може да постигне. Съвременните екзоскелети се фокусират върху подобряването на хората по практически начини, които могат да бъдат полезни всеки ден в най-различни ситуации.

Един от най-новите дизайни е универсалният носач за превоз на хора, или HULC, военен екзоскелет, проектиран от Lockheed-Martin за значително подобряване на физическите възможности на войниците. Основната идея, както е заявено от програмния мениджър Джим Ни и подробно описано в прессъобщение на компанията, е за увеличаване на издръжливостта и силата, като същевременно намалява риска от нараняване.

Той [HULC] дава възможност на войниците да правят неща, които не могат да правят днес, като същевременно помага да ги предпазят от мускулно-скелетни наранявания. - Джим Ни, ръководител на програма HULC

Това не звучи много по-различно от предимствата, които Никола Ягн претендира за екзоскелета си преди повече от век, но съвременните технологии означават, че изследователите могат по-добре да реализират идеята. HULC може да помогне на продавачите да носят товари до 200 паунда върху различни терени, като в същото време свежда до минимум риска от наранявания, които могат да забавят войника в полето. Батериите захранват екзоскелета, който тежи над петдесет килограма, а животът може да се удължи до 72 часа със специално оборудване.

Но Lockheed-Martin не е единствената компания в тази област. Raytheon прекара последните осем години в разработването на XOS, който се надява да изпълни същата роля като HULC. За разлика от своя конкурент, XOS покрива значителна част от долната и горната част на тялото на потребителя. Неговите изобретатели цитират подобна максимална товароносимост от поне 200 паунда, но увеличаването на силата се разпростира до оръжията, които могат да издържат до петдесет килограма с малко усилия.

Не само за войници

Междувременно в Япония Cyberdyne продължава развитието на своя екзоскелет HAL-5. За разлика от американските си връстници, това устройство е създадено за гражданска, а не за военна употреба. Компанията проучва няколко модела за използване от промишлени работници, реакция при бедствия лични и медицински специалисти.

Моделът на долните крайници, предназначен да помогне за реабилитиране на хора с проблеми, свързани с мобилността, е одобрен за употреба в Европа и се използва в клинични проучвания. Първият процес, завършен през април тази година, предполага, че екзоскелетът осигурява "значително значително подобрение" на мобилността при носене и също така с времето подобрява способността на същия пациент да се движи без екзоскелетът. Само осем пациенти са били част от проучването, така че трябва да се направи повече работа за потвърждаване на ползите от HAL.

Друг граждански екзоскелет, който получава внимание, е ReWalk, екзоскелет на долната част на тялото, който се вписва в роля, подобна на HAL. ReWalk използва двигатели с крака с ниска мощност, за да подпомогне мобилността, като същевременно предлага цял ден живот на батерията. За разлика от HAL, ReWalk трябва да се използва с бастуни, но също така се развива и е одобрен в няколко страни. ReWalk може да се използва за рехабилитация или може да бъде закупен за лична употреба като алтернатива на инвалидна количка или моторен скутер.

Батериите не са включени

FORTIS, която току-що започна да тества тази година, е най-новият екзоскелет на Lockheed-Martin. Въпреки че първият кръг на тестване се провежда от ВМС, този екзоскелет, за разлика от HULC, е предназначен само за граждански цели. Той подсилва тялото на потребителя, намалявайки напрежението при боравене с тежките инструменти, които механиката на ВМС често използват за ремонт на кораби.

Носейки екзоскелета FORTIS, операторите могат да държат теглото на тези тежки инструменти за продължителни периоди от време с намалена умора. - Адам Милър, директор на нови инициативи, Локхийд-Мартин

Въпреки че му липсват батерии, FORTIS има впечатляващи способности. Това може да помогне на потребителите да държат до 36 килограма „без усилие“. Това в началото може да не звучи много, но не забравяйте, че механиците използват такива инструменти с часове всеки ден. Всяка значителна тежест може да стане уморителна след няколко минути. Екзоскелетът също помага да се прехвърлят тези товари на земята, намалявайки напрежението на гърба и краката на потребителя.

Този вид екзоскелет, ако се окаже успешен, би могъл да бъде основна придобивка за строителните и промишлените работници, които трябва да повдигат скромни товари многократно през целия ден. Трудовите наранявания все още са често срещани в тези области и с течение на времето могат значително да намалят качеството на живот на ветераните от тези области.

Липсата на енергия на FORTIS също намалява сложността и разходите, което прави идеята по-приятна за широкомащабно внедряване. Въпреки това, FORTIS все още е много рано в своето развитие; за първи път беше обявено миналия месец. Повечето други проекти за екзоскелет се разработват от години, а в някои случаи и десетилетия, така че този проект все още има път.

Все още човек, но по-добре

Фокусът на съвременния екзоскелет се измести от повишаване на силата и скоростта към повишаване на издръжливостта. В този смисъл целта не е да ни направи далеч по-бързи или по-силни от преди, а вместо това да ни направи по-издръжливи и да подобрим качеството си на живот. Въпреки че не е бляскав, този подход има смисъл; победихме вдигането на тежки товари с мотокара.

Нараняването и изтощението обаче са врагове, които тепърва ще побеждаваме. Един уморен, ранен войник вероятно ще забави цялото си звено и е по-малко способен да реагира на заплахи, т.е. и оценка за 2013 г., констатирани наранявания на работното място струва до 250 милиарда долара годишно само в САЩ. Намаляването на напрежението и увеличаването на издръжливостта може да бъде от полза за всеки от пехотата в битка до здравните работници придвижване на пациенти между леглата, така че вероятно ще видим екзоскелетите да продължат този нов подход в бъдещето десетилетие. Екзоскелетите няма да ни дадат свръхчовешка сила или пламтяща скорост - поне не скоро. Но те ще ни помогнат да живеем по-дълго, по-добър живот Как технологиите могат да повлияят на човешката еволюцияНяма нито един аспект от човешкия опит, който да не е докоснат от технологиите, включително и самите ни тела. Прочетете още .

Кредит за изображение: Lockheed-Martin, Cyberdyne