В фильме « Край завтрашнего дня», получившем широкую известность в научно-фантастическом фильме, выпущенном этим летом, солдаты сражаются с инопланетянами с помощью мощных экзоскелетов, которые повышают их силу, скорость и ловкость. На серебряном экране, наряду со взрывами и потусторонними врагами, идеи кажутся голливудским изобретением, но они ближе к реальности, чем вы думаете.
Исследования экзоскелета ведутся уже более столетия, что привело к появлению ряда жизнеспособных прототипов. Удивительно, однако, что они фокусируются не столько на сверхчеловеческой силе, сколько на повышении выносливости и качества жизни. Исследователи в этой области видят будущее как марафон, а не спринт.
Exo-История
Человеческие экзоскелеты появились в научно-фантастических рассказах с 1950-х годов, но первый настоящий экзоскелет был изобретен более полувека ранее русским изобретателем Николаем Ягном. Несмотря на свою страну проживания, он решил подать патент в Патентное ведомство США в 1890 году. Он описал свое изобретение как:
[…] Несколько пружин, приспособленных для поддержания веса всего тела, а также для накопления и накопления энергии, создаваемой им, вместе с мощностью, создаваемой импульсом такого мертвого веса при движении. — Николай Ягн, изобретатель
Его экзоскелет также использовал «аккумуляторы сжатой жидкости» для хранения энергии. По словам Николая, его изобретение дало пользователям лучшую мобильность и снизило нагрузку от бега и прыжков на теле. Извините, фанаты стим-панка; это была не машина смерти с зубчатой передачей.
Первый приводимый в действие экзоскелет, названный Hardiman, был разработан General Electric в конце 1960-х годов. Массивный и грубоватый костюм выглядел очень похоже на массивные боевые костюмы, представленные авторами-фантастами. Он был разработан, чтобы существенно усилить силу пользователя, но его изобретатели никогда полностью не прибегали к средствам управления и требованиям к питанию. Как указано в итоговом отчете проекта:
Проблема человеко-машинного интерфейса в прототипе Hardiman I была серьезной. Высокий коэффициент усиления по мощности, сложность многослойной системы и тесная связь человека и машины наложили множество конструктивных ограничений и предъявляли высокие требования к существующим технологиям.
Неудача Хардимана продемонстрировала чрезвычайную трудность разработки экзоскелета с технологией той эпохи. Еще одна попытка не была предпринята до начала 1990-х годов, когда исследователи из Кавасаки начали работу над Power Assist Suit , экзоскелетом, разработанным, чтобы помочь медицинским работникам перемещать неподвижных пациентов.
Взрыв новых разработок произошел после рубежа веков. Японская компания Cyberdyne представила концепцию экзоскелета HAL-3, Беркли разработал экзоскелет нижней части тела под названием Bleex, чтобы помочь солдатам переносить тяжелые грузы на большие расстояния, а Honda собрала пару экзоскелетов нижней части тела, предназначенных для частично подвижных людей, которым в противном случае может понадобиться трость или ходок.
Включение
Неудачный проект Hardiman — это тот тип костюма, о котором думают большинство людей, когда им предлагают представить экзоскелет. Многие из нас вспоминают образы из художественной литературы, такие как знаменитый экзоскелет, управляемый Сигурни Уивер (точнее, каскадером, спрятанным за ней) в « Чужих» .
Массивный экзоскелет, безусловно, может удивить аудиторию, но его практическое использование ограничено. Батареям по-прежнему не хватает выносливости, необходимой для питания чудовищной машины в течение длительных периодов времени, и большой экзоскелет практически не справляется с погрузчиком, краном или другим транспортным средством. Современные экзоскелеты фокусируются на улучшении человека практическими способами, которые могут быть полезны каждый день в различных ситуациях.
Одним из последних разработок является Human Universal Load Carrier, или HULC, военный экзоскелет, разработанный Локхид-Мартином для значительного улучшения физических возможностей солдат. Основная идея, заявленная руководителем программы Джимом Ни и подробно изложенная в пресс-релизе компании , заключается в том, чтобы повысить выносливость и силу, а также снизить риск получения травмы.
Это [HULC] позволяет солдатам делать то, что они не могут сделать сегодня, в то время как помогает защитить их от травм опорно-двигательного аппарата. — Джим Ни, руководитель программы HULC
Это не сильно отличается от преимуществ, которые Николас Ягн требовал для своего экзоскелета более ста лет назад, но современные технологии позволяют исследователям лучше реализовать эту идею. HULC может помочь припоям перевозить грузы весом до 200 фунтов по разной местности, сводя к минимуму риск получения травм, которые могут замедлить действия солдата в поле. Аккумуляторы питают экзоскелет, который весит более пятидесяти фунтов, а срок службы может быть увеличен до 72 часов с помощью специального оборудования.
Но Lockheed-Martin не единственная компания в этой области. Raytheon потратил последние восемь лет на разработку XOS, которая надеется исполнить ту же роль, что и HULC. В отличие от своего конкурента, XOS покрывает значительную часть нижней и верхней части тела пользователя. Его изобретатели указывают аналогичную максимальную грузоподъемность не менее 200 фунтов, но повышение прочности распространяется на руки, которые могут выдерживать до пятидесяти фунтов без особых усилий.
Не только для солдат
В то же время в Японии Cyberdyne продолжает разработку экзоскелета HAL-5. В отличие от американских аналогов, это устройство предназначено для гражданского, а не для военного использования. Компания исследует несколько моделей для использования промышленными работниками, работниками по ликвидации последствий стихийных бедствий и медицинскими работниками.
Модель для нижних конечностей, предназначенная для реабилитации людей с травмами, связанными с травмами, была одобрена для использования в Европе и используется в клинических испытаниях. Первое испытание, завершенное в апреле этого года , предполагает, что экзоскелет обеспечивает «очень значительное улучшение» подвижности при ношении, а также со временем улучшает способность того же пациента двигаться без экзоскелета. Однако в исследование были включены только восемь пациентов, поэтому необходимо проделать большую работу, чтобы подтвердить преимущества HAL.
Еще один гражданский экзоскелет, которому уделяется внимание, — это ReWalk, экзоскелет нижней части тела, который играет роль, подобную HAL. В ReWalk используются маломощные ножные двигатели, которые помогают мобильности, а также обеспечивают автономную работу в течение всего дня. В отличие от HAL, ReWalk должен использоваться с тростью, но он также находится в процессе разработки и был одобрен в нескольких странах. ReWalk можно использовать для реабилитации или для личного пользования в качестве альтернативы инвалидной коляске или мотороллеру.
Аккумуляторы не включены
FORTIS , который только начал тестировать в этом году, является новейшим экзоскелетом Локхид-Мартина. Хотя первый раунд испытаний проводится военно-морским флотом, этот экзоскелет, в отличие от HULC, предназначен только для гражданского использования. Он укрепляет тело пользователя, снижая нагрузку на тяжелые инструменты, которые морские механики часто используют для ремонта кораблей.
Используя экзоскелет FORTIS, операторы могут выдерживать вес этих тяжелых инструментов в течение длительных периодов времени с уменьшенной утомляемостью. — Адам Миллер, директор новых инициатив, Lockheed-Martin
Хотя ему не хватает батарей, FORTIS обладает впечатляющими способностями. Это может помочь пользователям удерживать до 36 фунтов «без особых усилий». Поначалу это может показаться не таким уж большим, но помните, что механики используют такие инструменты каждый день по несколько часов. Любой значительный вес может стать утомительным через несколько минут. Экзоскелет также помогает переносить эти нагрузки на землю, снижая нагрузку на спину и ноги пользователя.
Этот тип экзоскелета, если он окажется успешным, может стать главным благом для строителей и промышленных рабочих, которым приходится многократно поднимать скромные грузы в течение дня. Связанные с работой травмы по-прежнему распространены в этих областях и со временем могут значительно снизить качество жизни ветеранов этих областей.
Недостаток мощности в FORTIS также снижает сложность и стоимость, делая идею более приемлемой для широкомасштабного развертывания. С учетом сказанного, тем не менее, FORTIS все еще очень рано в своем развитии; это было впервые объявлено только в прошлом месяце. Большинство других экзоскелетных проектов разрабатывались годами, а в некоторых случаях десятилетиями, поэтому у этого проекта еще есть путь.
Все еще человек, но лучше
Центр современного экзоскелета сместился с повышения силы и скорости на повышение выносливости. В этом смысле цель состоит не в том, чтобы сделать нас намного быстрее или сильнее, чем раньше, а в том, чтобы сделать нас более долговечными и улучшить качество нашей жизни. Хотя это не гламурно, этот подход имеет смысл; мы победили подъем тяжелых грузов с помощью погрузчика.
Травма и истощение — это враги, которых нам еще предстоит победить. Усталый, раненый солдат, скорее всего, замедлит весь свой отряд и будет менее способен реагировать на угрозы, и, согласно оценкам, полученным в 2013 году, травмы на рабочем месте в одних только Соединенных Штатах обходятся в 250 миллиардов долларов в год. Снижение напряжения и повышение выносливости может принести пользу всем, начиная с пехоты в бою и заканчивая медработниками, которые перемещают пациентов между кроватями, поэтому мы, вероятно, увидим, что экзоскелеты продолжат этот новый подход в ближайшее десятилетие. Экзоскелеты не дадут нам сверхчеловеческую силу или невероятную скорость — по крайней мере, в ближайшее время. Но они помогут нам жить дольше и лучше.
Изображение предоставлено: Lockheed-Martin , Cyberdyne