Зачем нам костюм Железного человека
Роботизированные экзоскелеты, прототипами которых стали железные костюмы супергероев из произведений научной фантастики, все увереннее внедряются в реальную жизнь. Их используют в медицине - для восстановления функций потерянных конечностей, в производственной сфере - для переноса тяжестей, в военной отрасли - чтобы сделать солдат неуязвимыми. Наибольших успехов в разработке экзоскелетов добились в США и Японии, активные разработки идут также в Южной Корее и Израиле.
Самая распространенная категория пока медицинские экзоскелеты, но в ближайшие годы коммерчески доступными станут также промышленные и военные модели. Их массовому распространению препятствует ограниченная энергоемкость источников питания на базе литий-ионных батарей и дороговизна. Кроме того, большинство экзоскелетов тяжелые, что делает их неэффективными. Однако мировые инженеры надеются, что все эти проблемы удастся вскоре решить.
На днях специалисты калифорнийской компании SRI International представили "мягкий" экзоскелет: для создания "мускулов" и "сухожилий" использовали мягкую робототехнику. Superflex снабжен особыми сенсорами, благодаря которым костюм адаптируется к движениям человека, придавая ему при этом нужную скорость. Немаловажно, что система обладает относительно низким энергопотреблением и ее можно носить под верхней одеждой. Superflex создан по заказу DARPA - изначально для помощи солдатам и ветеранам, но его предполагается также использовать и для восстановления мобильности всех, кто в этом устройстве нуждается.
В феврале американская компания SuitX представила бюджетный экзоскелет Phoenix, который тоже можно носить под одеждой. Конструкция весом около 12 кг помогает человеку с параличом нижних конечностей самостоятельно передвигаться, а стоит относительно недорого - $40 тыс., тогда как большинство экзоскелетов стартуют от $100 тыс. Модульная структура позволяет "подогнать" Phoenix для клиентов любого веса, высоты и размера ноги. Устройство управляется очень просто - с помощью ручных контроллеров. Пользователь может управлять каждым шагом в отдельности или включить режим непрерывного движения. Немаловажно, что надеть легкий экзокостюм можно без посторонней помощи, процедура занимает порядка 10-15 минут. Phoenix позволяет передвигаться со скоростью в 1.7 км/ч до 4 часов подряд от одной зарядки.
И таких разработок становится все больше. Ранее получили одобрение FDA экзоскелеты для ног Ekso Bionics, Indego и ReWalk. Hyundai и Panasonic работают над моделями, которые пригодятся пожилым людям и промышленным работникам. Так, в мае известный автопроизводитель Hyundai представил новую версию своего экзоскелета H-LEX, состоящего из поддерживающего спину модуля и двух робоног. Устройство помогает носить тяжести, превышающие в несколько раз вес человека, а также позволяет парализованным самостоятельно передвигаться.
Есть интересные изобретения и у компании Panasonic. Это, например, Assist Suit для поднятия на производстве тяжелых предметов: железная конструкция уменьшает давление на нижние участки спины почти на 15 кг. Другой, более легкий экзокостюм от Panasonic - Ninja, снижающий нагрузки при ходьбе или беге. В ближайшем будущем устройство получит верхнюю часть, которая также поможет при подъеме тяжестей.
Ekso Bionics от компании Berkeley Bionics - полноценный гидравлический экзоскелет, который позволяет парализованным людям ходить и стоять. Он весит 20 кг, передвигается с максимальной скоростью в 3,2 км/ч и работает в течение 6 часов. Аналогичные функции и у ReWalk Rehabilitation, созданной в инновационной компании по производству медицинских гаджетов ReWalk Robotics. Система весит около 23,3 кг, работает на базе Windows в трех режимах: идти, сидеть и стоять.
Самый известный японский экзоскелет для ходьбы - HAL от японского производителя роботов Cyberdyne. Экзоскелет, вес которого относительно небольшой, всего 10 кг, уже применяется в ряде клиник Японии для реабилитации пациентов с хроническими заболеваниями нервной и мышечной систем. Кроме того, HAL можно использовать для повышения мускульных усилий, реабилитации раненных или для переноски тяжестей во время разгрузо-погрузочных военных операций. К примеру, модель HAL-5 позволяет с легкостью в течение длительного времени удерживать в руках предметы весом в 40 кг и выше, а нагрузка на ноги достигает более 180 кг. Технология также прошла сертификацию для использования на территории Евросоюза.
Интересная новинка для медицины - экзоскелет на искусственных мышцах от еще одной японской компании Innophys. Это компактная модель с грузоподъемностью до 30 килограммов. Костюм специально разработан для людей, занятых в сельском хозяйстве, промышленности и сфере услуг, таких как, например, уход за пожилыми людьми. В Японии очень высокий процент пожилых людей, за которыми нужен уход, а физически крепких медицинских работников не так уж много. Innophys состоит из гидравлических искусственных мышц в алюминиевом корпусе. Такая конструкция крепится к телу, как рюкзак, и повторяет движения человека. Innophys предлагается в двух вариантах: весом 5,5 кг и грузоподъемностью до 30 кг, а также 4,2-килограммовая, рассчитанная на нагрузку до 22 кг.
Отдельная категория роботизированных костюмов - специализированные модели для армии. Боевые зкзоскелеты позволяют выдерживать колоссальные физические нагрузки, защищать бойца от осколков, а также использовать тяжелое вооружение. По заказу Пентагона компании Sarcos и Raytheon создали серию военных экзоскелетов XOS. Модели весят около 80 кг и позволяют владельцу с легкостью поднимать 90 лишних килограммов. Они настолько органичны, что человек чувствует себя максимально свободно и может выполнять любые задачи. Производители утверждают, что один XOS может заменить троих солдат.
Известная американская компания Lockheed Martin Corporation, специализирующаяся в области авиастроения, авиакосмической техники и судостроения совместно с Berkeley Bionics создала экзоскелет Human Universal Load Carrier (HULC). Железный костюм, работающий на литий-полимерных батареях, позволяет переносить до 140 кг грузов, а заряда при этом хватает на рекордные 72 часа. Специалисты говорят, что именно у этой модели есть все шансы стать первой, которая поступит в распоряжение армии США.
