Bioniniai žmonės: egzoskeleto technologija iš naujo nustato ribas

Skelbimas

Į Rytojaus riba, kritiškai pripažintą mokslinės fantastikos filmą, išleistą šią vasarą, kariai kovoja su ateiviais varomais egzoskeletais, kurie padidina jų jėgą, greitį ir judrumą. Sidabriniame ekrane, šalia sprogimų ir kitų pasaulio priešų, idėjos atrodo kaip Holivudo išradimas - tačiau tai arčiau tikrovės, nei jūs galvojate.

Egzoskeleto tyrimai buvo vykdomi daugiau nei šimtmetį, todėl buvo sukurta daugybė perspektyvių prototipų. Keista, tačiau jie mažiau dėmesio skiria superžmogiškosioms jėgoms, o daugiau - ištvermės ir gyvenimo kokybės gerinimui. Lauko tyrinėtojai mato ateitis 4 technologijos, galinčios pakeisti pasaulįŠiuo metu yra toks įdomus laikas būti gyvam, nes mokslas ir technologijos žadina žmoniją į priekį tokiomis neįtikėtinomis spartomis. Kas būtų pamanęs prieš dešimt metų, kad turėsime prieigą prie vieno mygtuko ... Skaityti daugiau kaip maratonas vietoj sprinto.

Egzo istorija

Žmogaus egzoskeletas pasirodė mokslinės fantastikos istorijos sseptintajame dešimtmetyje, tačiau pirmąjį tikrąjį egzoskeletą daugiau nei prieš pusę amžiaus išrado rusų išradėjas Nicholas Yagnas. Nepaisant jo gyvenamosios vietos,

jis nusprendė paduoti patentą Jungtinių Valstijų patentų tarnybai 1890 m. Savo išradimą jis apibūdino taip:

[…] Daugybė spyruoklių, pritaikytų palaikyti viso kūno svorį ir laikyti bei kaupti jo naudojama jėga, kartu su galia, kurią sukuria tokio savaiminio svorio momentas, kai jis yra judesys. - Nikolajus Yagnas, išradėjas

Jo egzoskeletas energijai kaupti taip pat naudojo „suslėgto skysčio akumuliatorius“. Anot Nikolajaus, jo išradimas suteikė vartotojams geresnį mobilumą ir sumažino bėgimo bei šokinėjimo ant kūno įtampą. Atsiprašome, „steam-punk“ gerbėjai; tai nebuvo jokia pavara varoma mirties mašina.

Pirmąjį egzoskeletą, pavadintą Hardiman, „General Electric“ sukūrė septintojo dešimtmečio pabaigoje. Masyvus ir žiaurus, kostiumas atrodė panašus į masinius mūšio kostiumus, kuriuos įsivaizdavo mokslinės fantastikos autoriai. Jis buvo sukurtas taip, kad iš esmės padidintų vartotojo jėgas, tačiau jo išradėjai niekada iki galo nenutuokė apie valdiklius ir galios reikalavimus. Kaip teigiama projekto galutinėje ataskaitoje:

Žmogaus ir mašinos sąsajos problema „Hardiman I“ prototipu buvo sunki. Didelis galios padidėjimas, kelių sujungimų sistemos sudėtingumas ir intymus žmogaus ir mašinos sujungimas sukėlė daugybę projektavimo suvaržymų ir sukėlė didelius reikalavimus esamoms technologijoms.

Hardimano nesėkmė parodė didžiulį sunkumą kuriant egzoskeletą su to laikmečio technologijomis. Kitas bandymas nebuvo bandytas iki dešimtojo dešimtmečio pradžios, kai Kawasaki tyrėjai pradėjo darbą „The Power“ Pagalbos ieškinys [pašalintas sugadintas URL] - egzoskeletas, skirtas padėti medicinos specialistams judėti pacientų.

Po amžių sandūros įvyko naujos plėtros sprogimas. Japonijos kompanija „Cyberdyne“ pristatė HAL-3 egzoskeleto koncepciją, Berkeley sukūrė apatinės kūno dalies egzoskeletą, pavadinimu „Bleex“, kad padėtų kareiviams gabenti sunkius krovinius dideliais atstumais, o „Honda“ sudarė porą apatinių kūno dalių egzoskeletų, skirtų iš dalies judriems žmonėms, kuriems gali prireikti cukranendrių ar vaikštynių.

Įjungimas

Nesėkmingas Hardimano projektas yra toks kostiumas, apie kurį dauguma galvoja, kai liepia įsivaizduoti egzoskeletą. Daugelis iš mūsų prisimena vaizdus iš grožinės literatūros, pavyzdžiui, garsųjį egzoskeletą, kurį pilotavo Sigourney Weaver (tiksliau, kaskadininkas, paslėptas už jos) Ateiviai.

Masinis egzoskeletas tikrai gali sudominti auditoriją, tačiau jo praktinis panaudojimas yra ribotas. Baterijoms vis dar trūksta ištvermės, reikalingos žvėriškam aparatui įjungti ilgą laiką, o didelis egzoskeletas nedaro daug to, ką gali pasiekti krautuvas, kranas ar kita transporto priemonė. Šiuolaikiniai egzoskeletai yra skirti žmogaus tobulinimui praktiniais būdais, kurie gali būti naudingi kiekvieną dieną įvairiose situacijose.

Vienas iš naujausių dizaino variantų yra „Human Universal Load Carrier“ arba „HULC“ - karinis egzoskeletas, kurį sukūrė Lockheed-Martin, kad žymiai padidintų kareivių fizines galimybes. Pagrindinė idėja, kaip teigė programos vadovas Jim Ni ir išsamiai aprašyta bendrovės pranešime spaudai, yra padidinti ištvermę ir jėgą, tuo pačiu sumažinant traumų riziką.

Tai [HULC] suteikia kareiviams galimybę daryti dalykus, kurių jie šiandien negali padaryti, ir padeda apsaugoti juos nuo raumenų ir kaulų traumų. - Jim Ni, HULC programų vadovas

Tai nelabai skiriasi nuo pranašumų, kuriuos prieš daugiau nei šimtmetį teigė Nikolajus Yagnas dėl savo egzoskeleto, tačiau šiuolaikinės technologijos reiškia, kad tyrėjai gali geriau įgyvendinti idėją. HULC gali padėti lydmetaliams pernešti iki 200 svarų krovinį per įvairų reljefą, tuo pačiu sumažinant traumų riziką, kuri gali sulėtinti kareivį lauke. Baterijos maitina egzoskeletą, kuris sveria daugiau nei penkiasdešimt svarų, o specialia įranga jis gali pailgėti iki 72 valandų.

Tačiau „Lockheed-Martin“ nėra vienintelė šios srities įmonė. „Raytheon“ pastaruosius aštuonerius metus praleido kurdamas XOS, kuri tikisi atlikti tą patį vaidmenį, kaip ir HULC. Tačiau skirtingai nei jo konkurentas, XOS apima didelę vartotojo apatinės ir viršutinės kūno dalies dalį. Jo išradėjai cituoja panašią maksimalią ne mažiau kaip 200 svarų talpą, tačiau stiprumas padidėja ir rankoms, kurios be didelių pastangų gali išlaikyti iki penkiasdešimt svarų.

Ne tik kariams

Tuo tarpu Japonijoje „Cyberdyne“ toliau tobulino savo HAL-5 egzoskeletą. Skirtingai nuo savo amerikiečių bendraamžių, šis prietaisas yra sukurtas ne civiliniam, o kariniam naudojimui. Bendrovė tiria kelis pramonės darbuotojų naudojamus modelius, reagavimas į nelaimes asmens ir medicinos specialistai.

Europoje patvirtintas apatinių galūnių modelis, skirtas padėti reabilituotis žmonėms, turintiems su trauma susijusių judumo problemų, ir yra naudojamas klinikiniuose tyrimuose. Pirmasis bandymas, baigta šių metų balandžio mėn, rodo, kad egzoskeletas suteikia „labai reikšmingą pagerėjimą“ mobilumui dėvint, o kartu su laiku pagerina to paties paciento galimybes judėti be egzoskeletas. Vis dėlto tyrime dalyvavo tik aštuoni pacientai, todėl reikia daugiau nuveikti, kad būtų patvirtinta HAL nauda.

Kitas civilinis egzoskeletas, sulaukiantis dėmesio, yra „ReWalk“ - apatinės kūno dalies egzoskeletas, kuris vaidina panašų į HAL vaidmenį. „ReWalk“ naudoja mažos galios kojų variklius, palengvinančius visos dienos baterijos judėjimą. Skirtingai nuo HAL, „ReWalk“ turi būti naudojamas su lazdomis, tačiau ji taip pat toliau tobulėja ir yra patvirtinta keliose šalyse. „ReWalk“ gali būti naudojamas reabilitacijai arba gali būti įsigytas asmeniniam naudojimui kaip alternatyva invalido vežimėliui ar motorizuotam motoroleriui.

Baterijos neįeina

FORTIS, ką tik pradėjusį išbandyti šiais metais, yra naujausias „Lockheed-Martin“ egzoskeletas. Nors pirmąjį bandymų etapą vykdo karinis jūrų laivynas, šis egzoskeletas, skirtingai nei HULC, yra skirtas tik civiliams tikslams. Tai sustiprina vartotojo kūną ir sumažina sunkumų, susijusių su sunkiais įrankiais, karinio jūrų laivyno mechanikai dažnai naudoja remontuodami laivus.

Dėvėdami FORTIS egzoskeletą, operatoriai ilgą laiką gali išlaikyti sunkiųjų įrankių svorį, sumažindami nuovargį. - Adomas Milleris, naujų iniciatyvų „Lockheed-Martin“ direktorius

Nors trūksta baterijų, FORTIS turi įspūdingų sugebėjimų. Tai gali padėti vartotojams be vargo sulaikyti iki 36 svarų. Iš pradžių tai gali atrodyti nedaug, bet atminkite, kad mechanikai tokius įrankius naudoja valandų valandas kiekvieną dieną. Bet koks didelis svoris po kelių minučių gali tapti varginantis. Egzoskeletas taip pat padeda perkelti šias apkrovas į žemę, sumažindamas vartotojo nugaros ir kojų įtampą.

Šis egzoskeleto tipas, jei jis pasiteisins, gali būti labai naudingas statybos ir pramonės darbuotojams, kurie visą dieną turi kelti kuklius krovinius. Šiose srityse vis dar dažni su darbu susiję sužalojimai ir laikui bėgant gali smarkiai pabloginti šių sričių veteranų gyvenimo kokybę.

„FORTIS“ energijos trūkumas taip pat sumažina sudėtingumą ir sąnaudas, todėl idėja tampa patrauklesnė plačiam naudojimui. Nepaisant to, FORTIS vis dar labai anksti kuriasi; pirmą kartą ji buvo paskelbta praėjusį mėnesį. Daugelis kitų egzoskeleto projektų buvo vystomi daugelį metų, o kai kuriais atvejais ir dešimtmečiais, todėl šis projektas vis dar turi būti padarytas.

Vis tiek žmogiškas, bet geresnis

Šiuolaikinio egzoskeleto dėmesys pasikeitė nuo stiprumo ir greičio didinimo iki ištvermės didinimo. Šia prasme tikslas yra ne padaryti mus kur kas greitesniais ar stipresniais nei anksčiau, o padaryti mus patvaresnius ir pagerinti savo gyvenimo kokybę. Nors šis metodas nėra spalvingas, jis turi prasmę; mes užkariavome sunkvežimių kėlimą.

Tačiau žala ir išsekimas yra priešai, kuriuos dar turime nugalėti. Pavargęs, sužeistas karys gali pristabdyti visą savo būrį ir yra mažiau pajėgus reaguoti į grėsmes, ir 2013 m. sąmata, nustatyta darbe sužeista vien JAV kasmet kainuoja iki 250 milijardų dolerių. Pėstininkų kova su sveikatos priežiūros darbuotojais gali būti naudinga mažinant įtampą ir didinant ištvermę pacientų judėjimą tarp lovų, todėl greičiausiai pamatysime egzoskeletas šį naują požiūrį ir artimiausiu metu dešimtmetis. Egzoskeletas nesuteiks mums superžmogiškų jėgų ar svaiginančio greičio - bent jau bet kada netrukus. Bet jie padės mums gyventi ilgiau, geriau gyventi Kaip technologijos gali įtakoti žmogaus evoliucijąŽmogaus patirties aspektas, kurio nepalietė technologijos, įskaitant ir mūsų kūnus, yra ne vienas. Skaityti daugiau .

Vaizdo kreditas: Lockheed-Martin, Kiberdynas