Technologia egzoszkieletów Bionic Human określa nowe granice

W Edge of Tomorrow, uznany przez krytyków film science fiction, który ukazał się tego lata, żołnierze walczą z kosmitami za pomocą napędzanych egzoszkieletów, które zwiększają ich siłę, szybkość i zwinność. Na srebrnym ekranie, obok eksplozji i nieziemskich wrogów, pomysły wydają się być hollywoodzkim wynalazkiem - ale jest bliżej rzeczywistości, niż myślisz.

Badania egzoszkieletów trwają od ponad wieku, w wyniku czego powstało wiele wykonalnych prototypów. Co zaskakujące, mniej koncentrują się na nadludzkiej sile, a bardziej na poprawie wytrzymałości i jakości życia. Badacze w tej dziedzinie widzą w przyszłości 4 technologie, które mogą zmienić świat 4 technologie, które mogą zmienić świat Obecnie jest to ekscytujący czas na życie, ponieważ nauka i technologia pchają ludzkość w tak niesamowitym tempie. Kto by pomyślał dziesięć lat temu, że będziemy mieli dostęp za jednym dotknięciem do wszystkich… jako maraton zamiast sprintu.

Historia egzo

Ludzkie egzoszkielety pojawiły się w opowiadaniach science fiction od lat 50. XX wieku, ale pierwszy prawdziwy egzoszkielet został wynaleziony ponad pół wieku wcześniej przez rosyjskiego wynalazcę Nicholasa Yagn. Mimo swojego kraju zamieszkania postanowił złożyć patent w Urzędzie Patentowym Stanów Zjednoczonych w 1890 roku. Swój wynalazek opisał jako:

[…] Pewna liczba sprężyn przystosowanych do podparcia ciężaru całego ciała oraz gromadzenia i gromadzenia wywieranej przez nie mocy wraz z siłą wywieraną przez pęd takiego ciężaru własnego w ruchu. - Nicholas Yagn, wynalazca

Używał także jego egzoszkielet “akumulatory sprężonego płynu” magazynować energię. Według Nicholasa jego wynalazek zapewnił użytkownikom lepszą mobilność i zmniejszył wysiłek związany z bieganiem i skakaniem po ciele. Przepraszam, fani punk-punk; nie była to maszyna śmierci napędzana przekładnią.

Pierwszy napędzany egzoszkielet, zwany Hardiman, został opracowany przez General Electric pod koniec lat 60. XX wieku. Masywny i brutalny skafander przypominał masywne kombinezony bojowe przewidziane przez autorów science-fiction. Został zaprojektowany w celu znacznego zwiększenia siły użytkownika, ale jego wynalazcy nigdy całkowicie nie dopracowali elementów sterujących i zapotrzebowania na moc. Jak stwierdzono w raporcie końcowym projektu:

Problem interfejsu człowiek-maszyna w prototypie Hardiman I był poważny. Wysoki przyrost mocy, złożoność systemu wielostykowego oraz dokładne połączenie człowieka z maszyną nałożyły wiele ograniczeń projektowych i nałożyły duże wymagania na istniejącą technologię.

Niepowodzenie Hardimana pokazało ogromną trudność opracowania egzoszkieletu z wykorzystaniem technologii tamtej epoki. Kolejna próba została podjęta dopiero na początku lat 90., kiedy naukowcy z Kawasaki rozpoczęli pracę nad Power Assist Suit, egzoszkieletem zaprojektowanym, aby pomóc lekarzom w przemieszczaniu nieruchomych pacjentów.

Eksplozja nowego rozwoju nastąpiła po przełomie wieków. Japońska firma Cyberdyne wprowadziła koncepcję egzoszkieletu HAL-3, Berkeley opracował egzoszkielet dolnej części ciała o nazwie Bleex, aby pomóc żołnierzom w przenoszeniu ciężkich ładunków na duże odległości, a Honda opracowała parę egzoszkieletów dolnej części ciała zaprojektowanych dla osób częściowo mobilnych, które w innym przypadku mogłyby potrzebować laska lub piechur.

Powering Up

Nieudany projekt Hardiman to rodzaj garnituru, o którym myśli większość ludzi, gdy mówi im się, że mają wyobrazić sobie egzoszkielet. Wielu z nas przywołuje obrazy z fikcji, takie jak słynny egzoszkielet pilotowany przez Sigourney Weaver (a raczej ukryty za nią kaskader) w Cudzoziemcy.

Ogromny egzoszkielet z pewnością może zachwycić publiczność, ale jego praktyczne zastosowanie jest ograniczone. Akumulatory wciąż nie mają wytrzymałości potrzebnej do zasilania bestii na długie okresy czasu, a duży egzoszkielet nie robi wiele wozków widłowych, dźwigów lub innych pojazdów już nie można osiągnąć. Współczesne egzoszkielety koncentrują się na ulepszaniu ludzi w praktyczny sposób, który może być przydatny na co dzień w różnych sytuacjach.

Jednym z najnowszych projektów jest Human Universal Load Carrier, czyli HULC, wojskowy egzoszkielet zaprojektowany przez Lockheeda-Martina w celu znacznego zwiększenia zdolności fizycznych żołnierzy. Podstawową ideą, jak stwierdził kierownik programu Jim Ni i szczegółowo w komunikacie prasowym firmy, jest zwiększenie wytrzymałości i siły przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka obrażeń.

Umożliwia [HULC] żołnierzom robienie rzeczy, których nie są w stanie zrobić dzisiaj, pomagając jednocześnie chronić ich przed urazami układu mięśniowo-szkieletowego. - Jim Ni, kierownik programu HULC

Nie brzmi to bardzo różnie od korzyści, jakie Nicholas Yagn twierdził dla swojego egzoszkieletu ponad sto lat temu, ale nowoczesna technologia oznacza, że ​​badacze mogą lepiej zrealizować ten pomysł. HULC może pomóc lutnikom przenosić ładunki o masie do 200 funtów na różnych terenach, jednocześnie minimalizując ryzyko obrażeń, które mogą spowolnić żołnierza na polu. Baterie zasilają egzoszkielet, który waży ponad pięćdziesiąt funtów, a życie może wydłużyć do 72 godzin dzięki specjalnemu sprzętowi.

Ale Lockheed-Martin nie jest jedyną firmą w tej dziedzinie. Raytheon spędził ostatnie osiem lat na opracowywaniu XOS, który ma nadzieję wypełnić tę samą rolę, co HULC. W przeciwieństwie do swojego konkurenta XOS pokrywa znaczną część dolnej i górnej części ciała użytkownika. Jego wynalazcy cytują podobną maksymalną nośność wynoszącą co najmniej 200 funtów, ale zwiększenie siły rozciąga się na ramiona, które mogą utrzymać do pięćdziesięciu funtów przy niewielkim wysiłku.

Nie tylko dla żołnierzy

Tymczasem w Japonii Cyberdyne kontynuuje rozwój egzoszkieletu HAL-5. W przeciwieństwie do swoich amerykańskich konkurentów, to urządzenie jest zbudowane raczej do użytku cywilnego niż wojskowego. Firma bada kilka modeli do użytku przez pracowników przemysłowych, pracowników indywidualnych i medycznych zajmujących się reagowaniem na katastrofy.

Model kończyny dolnej zaprojektowany w celu rehabilitacji osób z problemami ruchowymi związanymi z urazami został zatwierdzony do użytku w Europie i jest wykorzystywany w badaniach klinicznych. Pierwsza próba, zakończona w kwietniu tego roku, sugeruje, że egzoszkielet zapewnia “bardzo znacząca poprawa” do mobilności podczas noszenia, a także z czasem poprawia zdolność poruszania się tego samego pacjenta bez egzoszkielet. W badaniu wzięło udział tylko ośmiu pacjentów, dlatego należy wykonać więcej pracy, aby potwierdzić korzyści wynikające z HAL.

Innym cywilnym egzoszkieletem przyciągającym uwagę jest ReWalk, egzoszkielet dolnej części ciała, który spełnia rolę podobną do HAL. ReWalk wykorzystuje silniki nóg o niskiej mocy, aby wspomóc mobilność, oferując jednocześnie akumulator przez cały dzień. W przeciwieństwie do HAL, ReWalk musi być używany z laskami, ale jest również rozwijany i został zatwierdzony w kilku krajach. ReWalk może być używany do rehabilitacji lub można go kupić do użytku osobistego jako alternatywa dla wózka inwalidzkiego lub skutera elektrycznego.

Nie zawiera baterii

FORTIS, który właśnie zaczął testy w tym roku, jest najnowszym egzoszkieletem Lockheed-Martin. Chociaż pierwsza runda testów jest przeprowadzana przez Marynarkę Wojenną, ten egzoszkielet, w przeciwieństwie do HULC, jest przeznaczony wyłącznie do użytku cywilnego. Wzmacnia ciało użytkownika, zmniejszając obciążenie związane z obsługą ciężkich narzędzi Mechanicy marynarki wojennej często używają do naprawy statków.

Nosząc egzoszkielet FORTIS, operatorzy mogą utrzymać ciężar tych ciężkich narzędzi przez dłuższy czas przy zmniejszonym zmęczeniu. - Adam Miller, dyrektor nowych inicjatyw, Lockheed-Martin

Mimo braku akumulatorów FORTIS ma imponujące zdolności. Może pomóc użytkownikom utrzymać do 36 funtów “bez wysiłku.” Na początku może to nie wydawać się dużo, ale pamiętaj, że mechanicy używają takich narzędzi codziennie przez wiele godzin. Każda znaczna waga może stać się męcząca po kilku minutach. Egzoszkielet pomaga również przenosić te obciążenia na ziemię, zmniejszając obciążenie pleców i nóg użytkownika.

Ten typ egzoszkieletu, jeśli okaże się sukcesem, może być dużym dobrodziejstwem dla pracowników budowlanych i przemysłowych, którzy muszą podnosić skromne ładunki wielokrotnie w ciągu dnia. Urazy związane z pracą są nadal powszechne na tych polach i z czasem mogą znacznie obniżyć jakość życia weteranów tych dziedzin.

Brak zasilania FORTIS zmniejsza również złożoność i koszty, dzięki czemu pomysł ten jest łatwiejszy do wdrożenia na szeroką skalę. To powiedziawszy, jednak FORTIS jest wciąż na bardzo wczesnym etapie rozwoju; został po raz pierwszy ogłoszony w zeszłym miesiącu. Większość innych projektów egzoszkieletów opracowywanych jest od lat, a w niektórych przypadkach nawet od dziesięcioleci, więc ten projekt ma jeszcze przed sobą wiele do zrobienia.

Wciąż ludzki, ale lepszy

Współczesny egzoszkielet skupił się na zwiększeniu siły i szybkości na zwiększeniu wytrzymałości. W tym sensie celem nie jest uczynienie nas znacznie szybszymi lub silniejszymi niż wcześniej, ale zamiast tego uczynienie nas trwalszymi i poprawa jakości naszego życia. Chociaż nie jest to efektowne, takie podejście ma sens; pokonaliśmy podnoszenie ciężkich ładunków za pomocą wózka widłowego.

Jednak obrażenia i wyczerpanie to wrogowie, których musimy pokonać. Zmęczony, ranny żołnierz najprawdopodobniej spowolni całą swoją jednostkę i jest mniej zdolny do reagowania na groźby, a szacowane na 2013 r. Obrażenia w miejscu pracy kosztują nawet 250 miliardów dolarów rocznie w samych Stanach Zjednoczonych. Zmniejszenie obciążenia i zwiększenie wytrzymałości może przynieść korzyści każdemu, od piechoty w walce, po pracowników służby zdrowia przenoszących pacjentów między łóżkami, więc prawdopodobnie zobaczymy, jak egzoszkielety będą kontynuować to nowe podejście w nadchodzącej dekadzie. Egzoszkielety nie dadzą nam nadludzkiej siły ani olśniewającej prędkości - przynajmniej w najbliższym czasie. Ale pomogą nam żyć dłużej, lepiej żyć Jak technologia może wpływać na ewolucję człowieka Jak technologia może wpływać na ewolucję człowieka Nie ma jednego aspektu ludzkiego doświadczenia, który nie zostałby dotknięty przez technologię, w tym nasze ciała. .

Źródło zdjęcia: Lockheed-Martin, Cyberdyne