Exoskeletons

Акыркы убакта экзоскелеттер жөнүндө көбүрөөк угулуп жатканы менен, бул ойлоп табуунун тарыхы он тогузунчу кылымга барып такалат экен. Ондогон жылдар бою анын кандай өзгөргөнүн жана анын эволюциясынын бурулуштары кандай болгонун билип алыңыз. 

1. Николай Ягндын патентинен иллюстрация

1890 – Экзоскелетти түзүү боюнча биринчи инновациялык идеялар 1890-кылымга таандык. 420179-жылы Николас Ягн АКШда патент алган (патент № US XNUMX A) "Басууну, чуркоо жана секирүүнү жеңилдетүү үчүн түзүлүш" (1). Бул жыгачтан жасалган соот болчу, анын максаты көп чакырымдык жүрүштө жоокердин ылдамдыгын жогорулатуу болгон. Дизайн оптималдуу чечимди андан ары издөө үчүн илхам булагы болуп калды.

1961 - 60-жылдары General Electric компаниясы Комелл университетинин окумуштууларынын тобу менен бирге адамдын машыгуусун колдогон электрогидравликалык костюм түзүү боюнча иштерди баштаган. Аскердик күчтөр менен Man Augmentation долбоору боюнча кызматташуу Хардимандын өнүгүшүнө алып келди (2). Долбоордун максаты адамдын табигый кыймылын туурап, дээрлик 700 кг салмактагы нерселерди көтөрө ала турган костюм жасоо болгон. Костюмдун салмагы бирдей болгон, бирок материалдык салмагы болгону 20 кг болгон.

2. General Electric прототиби жылуулук алмаштыргыч

Долбоордун ийгилигине карабастан, анын пайдалуулугу жокко эсе экени, алгачкы нускалары кымбатка турганы белгилүү болду. Алардын чектелген мобилдүүлүк параметрлери жана татаал электр системасы акыры бул түзмөктөрдү жараксыз кылып койду. Сыноо учурунда Хардиман 350 кг гана көтөрө ала турганы, ал эми узак убакыт бою колдонууда кооптуу, макулдашылбаган кыймылдарга жакын экени белгилүү болду. Прототибин андан ары иштеп чыгуудан бир гана колу ташталган - аппараттын салмагы болжол менен 250 кг болгон, бирок ал мурунку экзоскелет сыяктуу эле практикалык эмес болгон.

70-жылдар. «Өлчөмү, салмагы, туруксуздугу жана кубаттуулугу боюнча көйгөйлөрдөн улам Hardiman эч качан өндүрүшкө кирген эмес, бирок Man-Mate өнөр жай 60-жылдардагы кээ бир технологияларды колдонгон. Технологияга болгон укуктарды GE инженерлеринин бири негиздеген Western Space and Marine компаниясы сатып алган. Продукт андан ары өнүккөн жана бүгүнкү күндө чоң роботтук кол түрүндө бар, ал күч-пикирди колдонуу менен 4500 кг чейин көтөрө алат, бул болот өнөр жайы үчүн идеалдуу кылат.

3. Сербиядагы Михайло Пупин атындагы институтта жасалган экзоскелеттер.

1972 – Алгачкы активдүү экзоскелеттер жана гуманоид роботтору Сербиядагы Михайло Пупин атындагы институтта проф. Миомир Вукобратович. Биринчиден, параплегиядан жапа чеккен адамдардын реабилитациясын колдоо үчүн буттун кыймыл системалары иштелип чыккан (3). Активдүү экзоскелеттерди иштеп чыгууда институт адамдын басышын талдоо жана башкаруу ыкмаларын да иштеп чыккан. Бул жетишкендиктердин айрымдары бүгүнкү күндөгү жогорку натыйжалуу гуманоид роботтордун өнүгүшүнө салым кошкон. 1972-жылы Белграддагы ортопедиялык клиникада төмөнкү бутунун шал оорусуна каршы электрондук программалоо менен активдүү пневматикалык экзоскелет сыналган.

1985 «Лос-Аламостун улуттук лабораториясынын инженери жөө аскерлер үчүн Питман деп аталган экзоскелет куруп жатат. Аппаратты башкаруу атайын каскага орнотулган баш сөөктүн бетин сканерлөөчү сенсорлорго негизделген. Ошол убактагы технологиянын мүмкүнчүлүктөрүн эске алганда, аны жасоо үчүн өтө татаал дизайн болгон. Чектөө, биринчи кезекте, компьютерлердин жетишсиз эсептөө күчү болгон. Кошумчалай кетсек, мээ сигналдарын иштеп чыгуу жана аларды экзоскелет кыймылдарына айландыруу ошол убакта техникалык жактан иш жүзүндө мүмкүн эмес болгон.

4. Экзоскелет Lifesuit, Монти Рид тарабынан иштелип чыккан.

1986 — Монти Рид, парашюттан секирүү учурунда омурткасы сынган АКШ армиясынын жоокери аман калуу үчүн экзоскелет жасап чыгат (4). Ал Роберт Хайнлейндин «Жылдыз кемесинин аскерлери» илимий фантастикалык романындагы мобилдик жөө аскерлердин костюмдарынын сүрөттөлүшүнөн шыктанган, аны ооруканада сакайып жатып окуган. Бирок Рид өзүнүн аппаратында 2001-жылга чейин иштей баштаган. 2005-жылы Сиэтлде (Вашингтон штатында) Ыйык Патрик күнүнө арналган жарышта 4,8 куткаруучу костюмдун прототибин сынап көргөн. Иштеп чыгуучу робот костюмдары менен 4 километрди орточо 14 км/саат ылдамдыкта басып өтүү боюнча рекорд койгонун ырастайт. Lifesuit 1,6 прототиби толук заряддалып 92 км басып, XNUMX кг көтөрө алган.

1990 - азыркы учур - HAL экзоскелетинин биринчи прототибин Йосиюки Санкай сунуш кылган (5), проф. Цукуба университети. Санкай үч жыл бою - 1990-жылдан 1993-жылга чейин - буттун кыймылын көзөмөлдөгөн нейрондорду аныктоого жумшаган. Жабдуулардын прототиби үчүн ага жана анын командасына дагы төрт жыл керек болду. 22-кылымдын башында иштелип чыккан үчүнчү HAL прототиби компьютерге туташтырылган. Батарейканын өзү дээрлик 5 кг салмакка ээ болгон, бул аны өтө жараксыз кылган. Ал эми HAL-10 кийинки моделинин салмагы болгону 5 кг болгон жана батарея менен башкаруучу компьютер колдонуучунун белине оролгон. HAL-XNUMX учурда жапон компаниясы Cyberdyne Inc тарабынан өндүрүлгөн төрт буттуу медициналык экзоскелет (төмөнкү буту гана версиясы да бар). Цукуба университети менен биргелешип.

5. Профессор Йошиюки Санкай экзоскелет моделдеринин бирин сунуштайт.

Үй ичинде жана сыртында болжол менен 2 саат 40 мүнөт иштейт. Оор нерселерди көтөрүүгө жардам берет. Корпустун ичиндеги контейнерлерде башкаруу элементтеринин жана дисктердин жайгашуусу көпчүлүк экзоскелеттерге мүнөздүү, кээде чоң курт-кумурскага окшош "рюкзактан" арылууга мүмкүндүк берди. Гипертония, остеопороз жана ар кандай жүрөк оорулары бар адамдар HALды колдонуудан мурун дарыгерге кайрылышы керек жана каршы көрсөтмөлөр арасында кардиостимулятор жана кош бойлуулук бар, бирок алар менен чектелбестен. HAL FIT программасынын алкагында, өндүрүүчү оорулуу жана дени сак адамдар үчүн экзоскелет менен дарылоо сессияларын колдонуу мүмкүнчүлүгүн сунуштайт. Дизайнер HAL модернизациялоонун кийинки этаптары колдонуучуга ээн-эркин кыймылдап, атүгүл чуркай турган жука костюм түзүүгө багытталат деп ырастайт. 

2000 - проф. Хомайун Казеруни жана анын Ekso Bionicsтеги командасы Universal Human Cargo Carrier же HULC иштеп чыгууда.6) гидравликалык диски бар зымсыз экзоскелет. Анын максаты - согушуп жаткан жоокерлерге 90 кг салмактагы жүктөрдү узак убакыт бою, максималдуу ылдамдыгы 16 км/саат көтөрүүгө жардам берүү. Система 26-жылдын 2009-февралында AUSA кышкы симпозиумунда Lockheed Martin менен лицензиялык келишим түзүлгөндө коомчулукка ачылган. Бул долбоордо колдонулган үстөмдүк материал титан, жогорку механикалык жана күч касиеттери менен жеңил, бирок салыштырмалуу кымбат материал болуп саналат.

Экзоскелет 68 кг салмактагы нерселерди алып жүрүүгө мүмкүндүк берүүчү соргучтар менен жабдылган (көтөрүү аппараты). Электр энергиясы 20 саатка чейин оптималдуу жүктөөдө аппараттын нормалдуу иштешин камсыз кылган төрт литий-полимердик батарейкалардан алынат. Экзоскелет ар кандай согуштук шарттарда жана ар кандай жүктөр менен сыналган. 2012-жылдын күзүндө бир катар ийгиликтүү эксперименттерден кийин ал Ооганстанга жөнөтүлүп, куралдуу кагылышуу учурунда сыноодон өткөн. Көптөгөн оң сын-пикирлерге карабастан, долбоор убактылуу токтотулган. Көрсө, дизайн белгилүү бир кыймылдарды жасоону кыйындатып, булчуңдарга жүктү көбөйтүп, аны түзүүнүн жалпы идеясына карама-каршы келген.

2001 - Башында негизинен армияга арналган Беркли Төмөнкү Экзоскелет (BLEEX) долбоору жүрүп жатат. Анын чектеринде практикалык мааниге ээ болгон автономиялуу чечимдер турунде перспективдуу натыйжаларга жетишилди. Биринчиден, буттарга кошумча күч берүү үчүн дененин ылдыйкы бөлүгүнө бекитилип, роботтук аппарат түзүлдү. Жабдуулар Коргоонун Өркүндөтүлгөн Изилдөө Долбоорлор Агенттиги (DARPA) тарабынан каржыланган жана Берклидеги робототехника жана адам инженериясы лабораториясы, Калифорния университетинин Беркли машина куруу департаментинин бөлүмү тарабынан иштелип чыккан. Беркли экзоскелет системасы аскерлерге тамак-аш, куткаруу жабдуулары, биринчи жардам көрсөтүүчү аптечкалар, байланыш каражаттары жана курал сыяктуу ар кандай рельефтин түрүнө аз күч жумшап, чоң жүктөрдү көтөрүү мүмкүнчүлүгүн берет. Аскердик колдонмолордон тышкары, BLEEX учурда жарандык долбоорлорду иштеп чыгууда. Роботехника жана адамдык инженерия лабораториясы учурда төмөнкү чечимдерди изилдеп жатат: ExoHiker - негизинен оор техниканы ташуу зарыл болгон экспедиция мүчөлөрү үчүн иштелип чыккан экзоскелет, ExoClimber - бийик дөбөлөргө чыгуучу адамдар үчүн жабдуулар, Медициналык Экзоскелет - мүмкүнчүлүгү чектелген адамдар үчүн экзоскелет. физикалык мүмкүнчүлүктөр. ылдыйкы бутунун кыймыл бузулушу.

8. Sarcos XOS 2 прототиби иштеп жатат

текст

2010 – XOS 2 пайда болот (8) Саркостун XOS экзоскелетинин уландысы. Биринчиден, жаңы дизайн жеңилирээк жана ишенимдүү болуп калды, бул 90 кг салмактагы жүктөрдү статикалык түрдө көтөрүүгө мүмкүндүк берет. Аппарат киборгду элестетет. Башкаруу жасалма муундар сыяктуу иштеген отуз кыймылдаткычка негизделген. Экзоскелет компьютер аркылуу кыймылдаткычтарга сигналдарды өткөрүүчү бир нече сенсорлорду камтыйт. Ошентип, жылмакай жана үзгүлтүксүз иштөө ишке ашат жана колдонуучу эч кандай олуттуу күч-аракетти сезбейт. XOS салмагы 68 кг.

2011 - азыркы учур - АКШнын Азык-түлүк жана дары-дармек башкармалыгы (FDA) ReWalk медициналык экзоскелетин бекитет (9). Бул бутту бекемдөө үчүн күч элементтерин колдонгон жана шал оорусу бар адамдарга түз туруп, басууга жана тепкичке чыгууга мүмкүнчүлүк берген система. Энергия рюкзак батареясы менен камсыз кылынат. Башкаруу колдонуучунун кыймылын аныктоочу жана оңдоочу жөнөкөй кол пультунун жардамы менен ишке ашырылат. Бардык нерсе израилдик Амит Гоффер тарабынан иштелип чыккан жана ReWalk Robotics Ltd (башында Argo Medical Technologies) тарабынан болжол менен 85 XNUMX PLNга сатылууда. доллар.

9 адам ReWalk экзоскелетинде жүрөт

Чыгарылган учурда жабдуулар эки версияда болгон - ReWalk I жана ReWalk P. Биринчиси медициналык мекемелер тарабынан илимий-изилдөө же дарылоо максаттарында медициналык адистин көзөмөлүндө колдонулат. ReWalk P бейтаптар тарабынан үйдө же коомдук жайларда жеке колдонуу үчүн арналган. 2013-жылдын январында ReWalk Rehabilitation 2.0 жаңыланган версиясы жарык көргөн. Бул узун бойлуу адамдар үчүн ылайыктуулугун жакшыртып, башкаруу программасын жакшыртты. ReWalk колдонуучудан балдактарды колдонууну талап кылат. Каршы көрсөткүчтөр катары жүрөк-кан тамыр оорулары жана сөөктүн морттугу айтылат. Чектөө да өсүү болуп саналат, 1,6-1,9 м чегинде, жана дене салмагы 100 кг чейин. Бул унаа айдай турган жалгыз экзоскелет.

10. Ex Bionics eLEGS

2012 Мурда Berkeley Bionics деген ат менен белгилүү болгон Ekso Bionics өзүнүн медициналык экзоскелетин көрсөттү. Долбоор эки жыл мурун eLEGS (10) жана ар кандай даражадагы шал оорусу бар адамдарды реабилитациялоо үчүн арналган. ReWalk сыяктуу, курулуш балдактарды колдонууну талап кылат. Батарея кеминде алты саат колдонуу үчүн энергия менен камсыз кылат. Exo комплект 100 миңге жакын турат. доллар. Польшада неврологиялык оорулуулар менен иштөө үчүн иштелип чыккан медициналык аппарат Ekso GT экзоскелетинин долбоору белгилүү. Анын дизайны басууга мүмкүндүк берет, анын ичинде инсульттан кийин, жүлүн жаракат алган, склероз менен ооруган же Гийен-Барре синдрому бар бейтаптар. Жабдуулар пациенттин дисфункциясынын даражасына жараша бир нече түрдүү режимде иштей алат.

2013 – Mindwalker, акыл менен башкарылган экзоскелет долбоору Европа Биримдигинен каржыланат. Дизайн Брюсселдеги Эркин университеттин окумуштуулары менен Италиядагы Санта-Люсия фондунун ортосундагы кызматташтыктын натыйжасы. Окумуштуулар аппаратты башкаруунун ар кандай жолдорун сынап көрүштү – алар мээ-нейро-компьютер интерфейси (BNCI) эң жакшы иштейт деп эсептешет, бул аны ойлор менен башкарууга мүмкүндүк берет. Сигналдар жүлүндү айланып өтүп, мээ менен компьютердин ортосунда өтөт. Mindwalker ЭМГ сигналдарын, башкача айтканда, булчуңдар иштегенде адамдын терисинин бетинде пайда болгон кичинекей потенциалдарды (миопотенциалдар деп аталат) электрондук кыймыл буйруктарына айлантат. Экзоскелет абдан жеңил, батарейкасы жок болгону 30 кг салмакта. Ал 100 кг салмактагы чоң кишиге жардам берет.

2016 – Швейцариянын Цюрих шаарындагы ETH техникалык университетинде жардамчы роботтордун жардамы менен майыптар үчүн биринчи Cybatlon спорттук мелдеши өтүүдө. Дисциплинанын бири ылдыйкы буту шал оорусу менен жабыркаган адамдар үчүн тоскоолдуктар боюнча экзоскелет жарышы болду. Бул көндүмдөрдү жана технологияны көрсөтүүдө экзоскелет колдонуучулары диванда отуруп жана туруу, эңкейиштерде басуу, таштарды басуу (тайыз тоо дарыясынан өтүү сыяктуу), тепкичке чыгуу сыяктуу тапшырмаларды аткарышы керек болчу. Көрсө, бардык көнүгүүлөрдү эч ким өздөштүрө алган эмес жана эң ылдам командаларга 50 метрлик тоскоолдуктардан өтүү үчүн 8 мүнөттөн ашык убакыт талап кылынган. Кийинки иш-чара 2020-жылы экзоскелет технологиясын өнүктүрүүнүн көрсөткүчү катары өтөт.

2019 – Улуу Британиянын Лимпстон ​​шаарындагы Commando окутуу борборунда жайкы демонстрацияларда Gravity Industries компаниясынын ойлоп табуучусу жана башкы директору Ричард Браунинг өзүнүн Daedalus Mark 1 экзоскелет реактивдүү костюмун көрсөттү, бул британиялыктарга гана эмес, аскерлерге да чоң таасир калтырды. Алты кичинекей реактивдүү кыймылдаткычтар - алардын экөөсү арткы жагында жана экөө ар бир колунда кошумча жуптар түрүндө орнотулган - 600 м бийиктикке чыгууга мүмкүндүк берет.Азырынча күйүүчү май 10 мүнөткө жетет. учуу ...