В данной статье представлен краткий обзор современных моделей экзоскелетов и тенденций в их развитии.

Экзоскелет повторяет биомеханику человека для пропорционального увеличения усилий при движениях. По сообщениям открытой печати, реально действующие образцы в настоящее время созданы в Японии и США. Экзоскелет может быть интегрирован в скафандр. Главным направлением разработок является военное применение экзоскелетов. Цель — создание брони, которая совместила в себе огневую мощь и бронирование танка, подвижность и скорость человека, и в разы увеличивающей силу того, кто использует экзоскелет.

Другой возможной областью применения экзоскелетов является помощь травмированным людям и людям с инвалидностью, пожилым людям, которые в силу своего возраста имеют проблемы с опорно-двигательным аппаратом.

Впервые концепция брони с экзоскелетом была изложена в романе «Tom Swift and His Jetmarine», опубликованном в 1954 году. Наиболее известным произведением, описывающим военное применение экзоскелета, является роман Роберта Хайнлайна «Звёздный десант» (1959 год).

Экзоскелет можно увидеть в таких компьютерных играх как StarCraft, Fallout, STALKER, Crysis; в фильмах Звёздный десант, Бросок Кобры, Железный челоек, Район №9, Аватар и других. Вообще, концепция брони с экзоскелетом очень популярна.

Модификации экзоскелетов а также отдельные их модели могут оказывать значительную помощь спасателям при разборах завалов рухнувших зданий. При этом экзоскелет может защитить спасателя от падения обломков.

В наше время большой преградой для начала постройки полноценных экзоскелетов является отсутствие подходящих источников энергии, которые могли бы в течение длительного времени позволить машине работать автономно.

В 1960-е гг. компания General Electric разработала электрическую и гидравлическую конструкцию под названием Hardiman, однако при её весе в 1500 фунтов она была неэффективна.

Пять лет назад подразделение Пентагона, Управление Перспективного Планирования Оборонных Научно-Исследовательских Работ, заявило о планах создания роботизированного экзоскелета, который позволит рядовым солдатам бегать быстрее, прыгать дальше и нести больше. По плану в таком экзоскелете должен был быть встроенный миниатюрный двигатель внутреннего сгорания, который должен был двигать каждое сочленение. Но с тех пор ничего не было слышно о проекте, и мы решили узнать, что же сейчас происходит в лабораториях Пентагона.

Джон Мейн (John Main), управляющий программой экзоскелета, говорит, что проект очень реален и первые модели экзоскелетов для вооруженных сил появятся для испытаний в 2008 году. После того, как 14 компаний и университетов в 2001 году предложили свои дизайны для экзоскелета, Управление выбрало фирму, которая справилась с заданием лучше других: Sarcos из Солт-Лейк-Сити в Юте, США.

Компания Raytheon, занимающаяся выполнением различных оборонных заказов, не так давно приобрела фирму Sarcos, специалисты которой уже около 15 лет занимаются созданием сложнейших робототехнических систем, включая специальные виды медицинских механических протезов. Приобретение данного предприятия было отнюдь не случайным, учитывая, что после 6 лет напряженных исследований и экспериментов, инженерам Sarcos удалось создать очень интересное и эффективно работающее изобретение — экзоскелет.

По сути, данная разработка представляет собой специальный механический костюм, который позволяет значительным образом увеличить физическую силу человека. Несмотря на кажущуюся громоздкость, техническая новинка остаётся максимально удобной в использовании и позволяет перемещаться с нормальной скоростью. Финальную версию продукта также обещают снабдить автономным источником питания. Внешне экзоскелет от Sarcos выглядит несколько хрупким, но демонстрация прототипов убеждает в том, что в будущем эта система начнёт работать ничуть не хуже, чем в компьютерной игре Crysis. В качестве основных покупателей данного продукта наверняка окажутся Соединённые Штаты Америки.

Sarcos предложила систему, которая использует один двигатель вместо нескольких. Двигатель (турбинный, двух- или четырехтактный – еще не решено) с баком, содержащим 24-часовой запас топлива, будет нагнетать гидравлическую жидкость по линиям высокого давления для того, чтобы увеличивать усилие на каждом сочленении, изменяя силу, используемую для того, чтобы передвигать каждую конечность при распознавании движений пользователя экзоскелета.

Мейн заявил, что верхняя часть экзоскелета может удерживать вес в 18 килограмм на вытянутых руках на протяжении трех минут. Конечно же, из-за встроенного двигателя внутреннего сгорания использование такого экзоскелета в помещениях будет запрещено Администрацией Гигиены и Безопасности Труда. «Работа в помещениях будет запрещена, так как экзоскелет, фактически, является транспортным средством», говорит Мейн.

Впервые требования по созданию экзоскелета для армии США появились на бумаге в 1963 году. Но технологии того времени не позволяли создать что-то даже отдаленно напоминающее современные экзоскелеты. Помимо нескольких невоенных проектов, перспектива создания «механизированного солдата» была забыта до 2000 года, пока Агентство научно-исследовательских работ США (Darpa) не начало семилетнюю, $75 миллионную программу под названием «Экзоскелеты помогут в работе». В 2000 году Sarcos получила часть денег Darpa, благодаря тому, что сотрудниками компании была разработана система связи человека с механической частью экзоскелета настолько быстрая, что движения пилота и машины стали практически синхронными.

Не отстают и японнские разработчики.

Экзоскелет HAL-5, который недавно стали массово производить, должен помогать медицинским работникам при поднятии и перемещении пациентов. Изначально, HAL задумывался как помощник пожилым людям или инвалидам – благодаря этому экзоскелету, они могли бы перемещаться на своих ногах. HAL-3 достиг поставленной задачи в 2000 году.

В 2005, последняя модель HAL-5 получила верхние конечности, а также снижение веса, более компактные блоки питания, более длительное время работы батареи, компактный блок управления, и приглядный дизайн.

HAL – это надеваемый на человека робот, который может увеличивать физический потенциал его пользователя. Надевая экзоскелет HAL-5, вы сможете удерживать вес до 40 килограмм руками и увеличить максимальный вес нагрузки на ноги со 100 до 180 килограмм.

Сейчас нам стали известны некоторые подробности о стоимости и дате выхода этого робота. Таким образом, с начала 2008 года в Японии любой сможет взять в аренду экзоскелет HAL-5 за $590 в месяц.

Экзоскелет дает владельцу сверхчеловеческую силу, и благодаря ему при длительных физических нагрузках человек не чувствует усталости. «Последняя версия XOS является, на последний момент, возможно, самой совершенной и надежной моделью экзоскелета», — заявляет его создатель Стив Джакобсен. Как компания робототехники, Sarcos впервые начала работать в 1983 году и вела разработки различных проектов, но основным направлением ее деятельности было создание действующего прототипа экзоскелета. Недавно она была выкуплена гигантом обеспечения безопасности — Raytheon.

В современном XOS (версия 4,0) Джакобсен и его группа смогли реализовать компактные приводы движения, улучшенные датчики мускульной активности и более эффективные гидравлические клапаны. Датчики, расположенные на разных частях тела, передают информацию на бортовой компьютер, находящийся на спине экзоскелета, который координирует его движения таким образом, что владелец не испытывает никакой усталости при сильных физических нагрузках. Движения XOS не отстают от движений пилота ни на секунду, но даже последняя модель устройства пока не соответствует всем требованиям Darpa. Самые главные проблемы XOS Exoskeleton на сегодняшний день — это большое энергопотребление и ограниченность движений пилота. Но уже созданный прототип доказывает, что возможность создания полноценного и надежного экзоскелета не за горами.

За прошлые семь лет несколько инженеров смогли вплотную приблизиться к реализации фантазии вооруженных сил по созданию солдат, которые смогут переносить очень тяжелые грузы и не бояться усталости. Финансируемые правительством США, Sarcos и другие, наконец, смогут создать механические устройства, которые помогут не только военным, но также пожарным и инвалидам.

Современный солдат берет с собой все большее количество вооружения, систем слежения за врагом и разведки местности, увеличивается количество вычислительных систем, которые информируют бойца о текущей боевой обстановки — расположения своих товарищей, противника и даже мирных жителей. Более того, количество оружия, компьютерных систем и иного обмундирования, которое солдату может пригодиться при выполнении боевого задания, только увеличивается. К сожалению, все оборудование боец просто не в состоянии взять с собой в бой — ведь помимо того, что вес обмундирования ограничен физическими возможностями, с этой нагрузкой солдату приходится еще и вести активные боевые действия.

Помочь обычному солдату в его нелегкой службе должны помочь экзоскелеты. В данном случае речь идет об экзоскелете Human Universal Load Carrier (HULC), разработанного инженером из Калифорнии Рассдоном Энголдом (Russdon Angold) и его коллегами-инженерами из компании Berkeley Bionics. Первоначально компания представляла собой полностью независимую организацию, но вскоре разработками всерьез заинтересовалась Lockheed — один из нескольких крупнейших разработчиков и производителей вооружения в Соединенных Штатах Америки. С этого момента Lockheed и курирует разработку экзоскелета HULC.

Стоит взглянуть, что собой представляет экзоскелет, который вот-вот появится на поле боевых действий. Основой аппарата становятся две «ноги», изготовленные из легкого, но очень прочного титанового сплава. «Мышцами» экзоскелета становится гидравлическая систем, а в качестве источника энергии применяются литий-ионные аккумуляторные батареи. Возможности экзоскелета HULK действительно впечатляют — общий поднимаемый с его помощью человеком вес может достигать 140 кг. Единственное условие — необходимо правильно распределить нагрузку на аппарат. Например, на заднюю раму экзоскелета можно повесить груз весом до 100 кг, дополнительная нагрузку должна размещаться на плечах «Халка».

Важным параметром экзоскелета является время его автономной работы. И здесь аппарат HULK находится на достаточно высоком уровне — заряда аккумуляторных батарей хватит на движение со скоростью 4 километра в час в течение пяти часов. То есть, экзоскелет позволит совершить марш-бросок на расстояние до двадцати километров.

В ходе зимнего армейского симпозиума Army Winter Symposium в штате Флорида (США) военно-промышленная компания Lockheed Martin продемонстрировала готовый к серийному производству силовой экзоскелет HULC (как имя героя комиксов – Халка, с зеленой кожей). Показанный образец уже позволяет переносить груз до 90 кг в течение 1 часа со средней скоростью почти 5 км/ч и возможностью кратковременных ускорений до 16 км/ч.

Аббревиатура HULC расшифровывается как Human Universal Load Carrier (Универсальное транспортировочное устройство для человека). Первоначально конструкцию экзоскелета создала компания Berkeley Bionics из Калифорнии, но недавно Lockheed Martin приобрела их разработку и внесла собственные дополнения. Представленный образец экзоскелета получает энергию от двухкилограммовой литий-полимерной батареи. В дальнейшем компания Lockheed планирует оснастить свой экзоскелет другими источниками питания: в частности, в этот костюм планируется установить бесшумный топливный генератор, работающий на реактивном топливе марки JP8. С потребляемой мощностью порядка 250 Вт костюм HULC сможет работать от такого генератора до 3 суток на одной заправке: предполагается, что солдат будет двигаться в экзоскелете по 8 часов в день.

Выпуск экзоскелета HULC стал неприятной новостью для компании Raytheon – ее модель XOS не может похвастаться такими впечатляющими характеристиками. Кроме всего прочего, костюм HULC весит всего 55 фунтов (25 кг), а снимается и одевается он в течение нескольких секунд. Разработчики HULC подчеркивают, что даже при севших батареях костюм все равно облегчает движения солдата, компенсируя удары и нагрузку.

На данном этапе развития костюм HULC поддерживает только ноги и тело солдата – работу рук он не поддерживает. Тем не менее, специальная система креплений позволяет устанавливать на этот костюм самое разнообразное дополнительное оборудование, в том числе бронированные конструкции для защиты от пуль и осколков, датчики, системы кондиционирования, либо даже станковый пулемет или гранатомет с управлением от лазерного целеуказателя на шлеме.

По сообщению компании Lockheed, экзоскелет HULK в данный момент находится на стадии доработки. И основное направление улучшений связано с работой аппарата в экстремальных условиях, но основная масса работ будет завершена к лету 2010 года. После этого можно начинать тестирование экзоскелета в полевых условиях, и в случае успеха, HULK появится на поле боевых действий.

Категория: Продвижение | 1 Комментарий »

Комментарии