Неспешная, но упрямая поступь экзоскелетов

Спустя полста лет после начала работ в области экзоскелетов 1-ые эталоны этой аппаратуры готовы отправиться на всеполноценную работу. Компания Lockheed Martin не так давно повытрепывалась тем, что ее проект HULC (Human Universal Load Carrier – Универсальная погрузочная несущая система для человека) уже не только лишь прошел проведенные вместе с Пентагоном полевые тесты, да и готов к серийному производству. Экзоскелету HULC на данный момент «дышат в спину» сходу несколько подобных проектов других компаний. Но такое богатство конструкций было не всегда.

Медленная, но упорная поступь экзоскелетов

Фактически мысль сотворения какого-нибудь устройства, который мог бы надеваться человеком и существенно облагораживать его физические свойства, появилась в первой половине прошедшего века. Но до определенного времени она была всего только очередной придумкой писателей-фантастов. Разработка фактически применимой системы была начата исключительно в самом конце 50-х годов. Компания General Electric под эгидой южноамериканского военного ведомства развернула проект под заглавием Hardiman. Техническое задание было смелым: экзоскелет от GE был должен позволять человеку оперировать с грузами весом до полутора тыщ фунтов (около 680 килограмм). В случае успешного окончания проекта экзоскелет Hardiman имел бы примечательные перспективы. Так, военные подразумевали использовать новейшую технику для облегчения работы оружейников в военно-воздушных силах. Не считая того, «в очереди» стояли атомщики, строители и представители массы других отраслей. Но даже через 10 лет после начала программки инженерам «Дженерал Электрик» так и не удалось воплотить в металле все загаданое. Было выстроено несколько прототипов, в том числе и рабочая механическая рука. Большая клешня «Хардимена» имела гидравлический привод и могла подымать 750 фунтов груза (приблизительно 340 кг). На базе одной работоспособной «перчатки» можно было сделать и вторую. Но перед конструкторами встала другая неувязка. Механические «ноги» экзоскелета никак не желали работать верно. Макет Hardiman с одной рукою и 2-мя ногами-опорами весил под 750 кг, при всем этом наибольшая расчетная грузоподъемность была меньше собственного веса. Из-за такового веса и особенностей центровки экзоскелета при подъеме груза часто вся конструкция начинала вибрировать, что пару раз приводило к опрокидыванию. С горьковатой драматичностью создатели проекта окрестили это явление «механической пляской святого Витта». Как ни бились конструкторы General Electric, им так и не удалось совладать с центровкой и вибрациями. В самом начале 70-х проект Hardiman был закрыт.

Медленная, но упорная поступь экзоскелетов

В следующие годы работы в направлении экзоскелетов шли неактивно. Ими временами начинали заниматься разные организации, но практически всегда подабающего результата не следовало. При всем этом не всегда целью сотворения экзоскелета было его военное применение. В 70-х годах сотрудники Массачусетского технологического института без особенных фурроров разрабатывали аппаратуру подобного класса, созданную для реабилитации инвалидов с повреждениями опорно-двигательного аппарата. К огорчению, тогда на пути инженеров тоже оказались задачи синхронизации разных узлов костюмчика. Необходимо подчеркнуть, что у экзоскелетов есть целый ряд соответствующих особенностей, которые ни капли не упрощают их создание. Так, существенное улучшение физических способностей человека-оператора просит соответственного источника энергии. Последний, в свою очередь, наращивает габариты и свой вес всего аппарата. 2-ая загвоздка кроется во содействии человека и экзоскелета. Механизм работы таковой аппаратуры смотрится последующим образом: человек совершает какое-либо движение рукою либо ногой. Особые датчики, связанные с его конечностями, принимают этот сигнал и передают подобающую команду на исполнительные элементы – гидро- либо электронные механизмы. Сразу с по
дачей команд эти же датчики смотрят за тем, чтоб движение манипуляторов соответствовало движениям оператора. Не считая синхронизации амплитуд движений перед инженерами стоит вопрос временного соответствия. Дело в том, что неважно какая механика имеет некое время реакции. Потому его необходимо минимизировать с целью достаточного удобства использования экзоскелетом. В случае с маленькими малогабаритными экзоскелетами, на которые на данный момент делается упор, синхронизация движений человека и машины имеет особенный ценность. Так как малогабаритный экзоскелет не позволяет прирастить опорную поверхность и т.п., механика, которая не успевает двигаться вкупе с человеком, может неблагоприятно сказаться на использовании. Например, несвоевременное движение механической «ноги» может привести к тому, что человек просто растеряет равновесие и свалится. И это еще далековато не все задачи. Разумеется, что нога человека имеет меньше степеней свободы, ежели рука, не говоря уже о кисти и пальцах.

Медленная, но упорная поступь экзоскелетов

Новая история экзоскелетов военного предназначения началась в 2000 году. Тогда южноамериканское агентство DARPA инициировало начало программки EHPA (Exoskeletons for Human Performance Augmentation – Экзоскелеты для роста производительности человека). Программка EHPA была частью более масштабного проекта Land Warrior, предусматривавшего создание вида бойца грядущего. Но в 2007 году «Лэнд уорриор» был отменен, но его экзоскелетная часть была продолжена. Целью проекта EHPA было создание т.н. полного экзоскелета, имевшего в собственном составе усилители для рук и ног человека. При всем этом какое-либо вооружение либо бронирование не требовалось. Ответственные лица DARPA и Пентагона отлично понимали, что сегодняшнее состояние дел в области экзоскелетов просто не позволяет оснащать их дополнительными функциями. Потому техническое задание по программке EHPA предполагает только возможность долговременной переноски бойцом в экзоскелете груза массой около 100 кг и увеличение его скорости передвижения.

Свое желание участвовать в разработке новейшей техники выразили компания Sacros и институт Беркли (США), также японская Cyberdyne Systems. С момента начала программки прошло двенадцать, лет и за этот период времени состав участников перетерпел некие конфигурации. К истинному времени Sacros вошла в состав концерна Raytheon, а отдел института под заглавием Berkeley Bionics стал подразделением Lockheed Martin. Так либо по другому, на данный момент существует три макета экзоскелетов, сделанных по программке EHPA: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL и Raytheon XOS.

Медленная, но упорная поступь экзоскелетов

1-ый из перечисленных экзоскелетов – HULC – не полностью отвечает требованиям DARPA. Дело в том, что25-килограммовая конструкция имеет в собственном составе только систему поддержки спины и механические «ноги». Поддержка рук в HULC не реализована. В то же время, физические способности оператора HULC увеличиваются за счет того, что через систему поддержки спины большая часть нагрузки на руки передается на силовые элементы экзоскелета и в конечном итоге «уходит» в землю. Благодаря примененной системе боец может нести на для себя до 90 килограмм груза и при всем этом испытывать нагрузку, отвечающую всем армейским нормативам. HULC оснащается литий-ионным аккумом, емкости которого хватает на работу в течение восьми часов. В экономичном режиме человек в экзоскелете может ходить со скоростью в 4-5 км в час. Очень вероятная скорость HULC составляет 17-18 км/ч, но таковой режим работы системы существенно уменьшает время функционирования от одной зарядки аккумов. В дальнейшем «Локхид Мартин» обещают оснастить HULC топливными элементами, емкости которых будет хватать на день работы. Не считая того, в следующих версиях конструкторы обещают «роботизировать» руки, что существенно повысит способности юзера экзоскелета.

Медленная, но упорная поступь экзоскелетов

Компания Raytheon сейчас представила два в некой мере схожих экзоскелета с индексами XOS-1 и XOS-2. Они отличаются массогабаритными параметрами и, как следствие, рядом практических черт. В отличие от HULC, семейство XOS обустроено системой разгрузки рук. Оба этих экзоскелета могут подымать вес, сопоставимый с их своей массой около 80-90 килограмм. Броско, что конструкция обоих XOS позволяет устанавливать на механические руки разные манипуляторы. Следует увидеть, что XOS-1 и XOS-2 пока имеют существенное энергопотребление. Из-за этого они пока не являются автономными и требуют наружного питания. Соответственно, о наибольшей скорости перемещения и времени работы от батарей речи пока не идет. Зато, как считают в Raytheon, необходимость в питании по кабелю не станет препятствием для использования XOSов на складах либо военных базах, где есть соответственный источник электроэнергии.

Медленная, но упорная поступь экзоскелетов

3-ий эталон программки EHPA – Cyberdyne HAL. На сегодня животрепещущей является версия HAL-5. Этот экзоскелет в некой мере является консистенцией первых 2-ух. Как и HULC, он имеет возможность автономного использования – аккумов хватает на 2,5-3 часа. С семейством XOS разработку Cyberdyne Systems соединяет воединыжды «полнота» конструкции: в ее составе есть системы поддержки и рук, и ног. Но грузоподъемность HAL-5 не превосходит пары 10-ов килограмм. Схожим образом дело обстоит и со высокоскоростными свойствами этой разработки. Дело в том, что японские конструкторы сделали упор не на военное внедрение, но на реабилитацию инвалидов. Разумеется, что таким юзерам высочайшая скорость либо грузоподъемность просто не нужна. Соответственно, если HAL-5 в сегодняшнем собственном состоянии заинтригует военных, можно будет сделать на его базе новый экзоскелет, заточенный под военное применение.

Из всех представленных на конкурс EHPA вариантов многообещающих экзоскелетов до испытаний вместе с военными пока дошел только HULC. Ряд особенностей иных проектов все еще не позволяют начать их полевые тесты. В сентябре несколько комплектов HULC будет отправлено в части с целью исследования особенностей работы экзоскелета в реальных критериях. Если все пройдет без заморочек, то в 2014-15 годах будет начато крупносерийное создание.

А тем временем у ученых и конструкторов появятся более совершенные концепции и конструкции. Более ожидаемым нововведение в области экзоскелетов являются механизированные перчатки. Имеющиеся манипуляторы пока не очень комфортны для использования инструментов и тому схожих объектов, созданных для ручного внедрения. При всем этом создание таких перчаток связано с рядом проблем. В целом, они подобны тем, какие имеются и у других агрегатов экзоскелета, но в этом случае препядствия синхронизации усугубляются огромным количеством механических частей, особенностями движения кисти людской руки и т.д. Последующим шагом в развитии экзоскелетов будет создание нейроэлектронного интерфейса. На данный момент управление движениями механики осуществляется с помощью датчиков и следящих приводов. Более комфортным инженерам и ученым видится применение системы управления с электродами, снимающими нервные импульсы человека. Посреди остального такая система дозволит понизить время реакции устройств и, как следствие, повысить эффективность работы всего экзоскелета.

Что касается практического внедрения, то за последние полста лет мнения на него практически не поменялись. Как и раньше основными юзерами многообещающих систем числятся военные. Они могут использовать экзоскелеты для погрузочно-разгрузочных работ, подготовки боеприпасов, а не считая того, и в боевой обстановке, для увеличения способностей бойцов. Нужно увидеть, грузоподъемность экзоскелетов будет полезна не только лишь военным. Обширное распространение техники, позволяющей человеку существенно наращивать свои физические способности, способно поменять вид всей логистики и грузоперевозок. Например, время на загрузку грузового полуприцепа при отсутствии автопогрузчиков уменьшится на 10-ки процентов, что повысит эффективность всей системы перевозок. В конце концов, экзоскелеты с управлением с помощ

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
SQL - 56 | 0,232 сек. | 12.99 МБ