Легковесный экзоскелет позволит пожилым людям облегчить их передвижение. Молодой ученый направляется в японскую лабораторию, чтобы примерить такой костюм на себе.

Я нахожусь в лаборатории в деловом районе Токио с множеством улыбающихся будущих инженеров, которые оторвались от экранов своих ПК и от почти доделанных устройств, чтобы посмотреть, как я буду поднимать 40 кг риса. Не так уж и мало, но к счастью, мне собираются оказать силовую поддержку.

Я осторожно протискиваюсь между наставленными коробками и сажусь на корточки, следуя инструкциям аспиранта Хайдеюки Юмехара (Hideyuki Umehara), при этом стойко выдерживая смех и суматоху вокруг меня, когда за кусочек свободного пространства на полу мне приходится бороться одновременно с нижней частью манекена, с электрическим инвалидным креслом и с жуткой реалистичной головой робота. Юмехара ставит сумку с рисом на мои вытянутые руки. Затем он нажимает какой-то переключатель на надетом на мне жакете, похожем на на рюкзак. Мои бедра под действием внешней силы начинают выдвигаться вперед, а ноги постепенно распрямляются до тех пор, пока я полностью не принимаю прямостоячее положение.

Поднять 40 килограмм? Без проблем (Фото: Роберг Гилули)

На это потребовалось несколько секунд, но зато свои 40 кг риса я только что поднял, как если бы вилочный погрузчик поднимал пёрышко. Благодаря «мышечному костюму» Юмехара, предварительно надетом мне на спину, я чувствовал себя полностью «вооруженным» в плане способности поднятия тяжелых грузов. Фиксируемый на бедрах и плечах с помощью мягкого пояса и ремней и простирающийся немного вниз по боковым сторонам ног, этот экзоскелет имеет А-образную алюминиевую раму и втулки, свободно вращающиеся в локтевых и плечевых суставах.

Он весит 9.2 кг, но воздух, закачиваемый Юмехарой в четыре искусственные мышцы, в закрепленной на спине раме, делают как сам жакет, так и рис практически невесомыми.

Мышечный костюм – один из серии кибернетических экзоскелетов, разработанных командой Хироши Кобаяши (Hiroshi Kobayash) в Токийском университете наук в Японии. Этот надеваемый на человека робот, который планируется выпустить в продажу в начале следующего года, имеет две формы. Первый вариант экзоскелета усиливает руки и спину и рассчитан на те области применения, в которых требуется подъем тяжелых предметов. Другой тип экзоскелета – более легкий, весом в 5 кг, предназначен для использования в медицинской практике, чтобы помочь, к примеру, поднимать больных с коек.

Мышечный костюм Кобаяши – последний в длинном ряду экзоскелетов, который берет свое начало от «усилителя человека»Hardiman, созданного компанией General Electric в 1965 году. За прошедшее с тех пор время было множество попыток построить устройства, которые расширяли бы возможности солдат или помогали инвалидам. Некоторые успешные изобретения, такие как HULC от Ekso Bionics и XOS2 от Raytheon, все еще используются в военной сфере.

Однако многие проекты по экзоскелетам уже на раннем этапе столкнулись с определенными проблемами, что привело к задержке или отмене их вывода на рынок. Большинство из этих проблем было связано с неспособностью выработать достаточное количество энергии для надежного приведения в движение большого числа моторов, необходимых , чтобы сделать подвижными достаточно громоздкие костюмы. Кобаяши полагает, что его костюм будет другим.

У него нет тяжелых электрических приводов и гидравлики, но вместо этого он комплектуется ПИМами – пневматическими искусственными мышцами. Эти легковесные ограниченные «клеткой» резиновые пластины спроектированы таким образом, чтобы сокращаться при накачивании сжатого воздуха. ПИМы дают мгновенную поддержку до 30 кг или более, в зависимости от того, как далеко груз находится от тела. «Отношение мощности к весу в 400 раз выше, чем у моторизированных костюмов,» – говорит Кобаяши и добавляет, что в отличие от двигателей, ПИМы не боятся воздействия воды и грязи. Регулятор управляет сжатым воздухом на выходе на основе сигнала, вырабатываемого микропроцессором, который, в свою очередь, контактирует с датчиком ускорения, обнаруживающим движение и реагирующим на него.

Различные уровни сокращения искусственной мышцы.

Наряду с высоким отношением мощности к весу, огромным преимуществом мышечного костюма, по словам Кобаяши, является простота его органов управления, которые, в основном, заранее программируются на воспроизведение естественных движений человека. Ходьба или подъем груза запускаются через датчик жакета, реагирующий как на простые голосовые команды, такие как «пуск» или «стоп», так и на ускорение тела. Если пользователь костюма стоит прямо или перемещается медленнее, чем предварительно заданный порог ускорения, то устройство не будет двигать человека. Скоростью костюма можно управлять с помощью простой круговой шкалы. Экзоскелет можно будет взять напрокат за сумму от 15 тысяч иен (115 фунтов стерлингов) в месяц, хотя японская медицинская страховка в большинстве случаев покроет 90% от этой суммы.

«Меня давно уже привлекали стильные роботы, но в основном они были мало пригодны для общества,» – рассказывает Кобаяши, находясь в своем офисе, увешанном наградами за достижения, и по совместительству являющимся домом для прототипа его лучшего творения – гуманоидного робота-учителя Saya. «Думаю, наш мышечный костюм это единственный во всем мире инструмент, реально пригодный к использованию на практике.»

Д-р Хироси Кобаяси позирует с прототипом его самjuj известного создания Saya, Япония 02 апреля 2012 года. Фотограф: Роберт Gilhooly

В Японии прошла волна научных исследований и разработок в области экзоскелетонных технологий, в большей степени связанная с быстро набирающим темпы старением населения страны: к 2025 году свыше 30% населения могут оказаться старше 65 лет. В последнем официальном информационном документе по науке и технологиям правительство сделало упор на необходимость развития роботизированных устройств в обществе, где вскоре «пожилые будут ухаживать за пожилыми».

Чуть позже в тот же день мне представился случай испытать на себе более простую версию костюма, в которой не было металлических втулок для поддержания рук. Он заметно легче, а конечный продукт, по словам Юмахары, будет еще легче, хоть и будет весить около 4 кг. «Я всегда думал, что это просто фантастика,» – говорит он, «но сейчас вижу, что это просто один из элементов реальности.»
Позвольте мышечному костюму избавить вас от усталости.

Экзоскелеты не только помогут вам поднять тяжелые объекты, но также позволят удерживать эти объекты на весу достаточно долго. Команда Хироши Кобаяши из Токийского университета наук, Япония, занимается измерением усталости мышц с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области, чтобы оценить преимущества своего «мышечного костюма». Результаты показывают, что постоянное использование мышц без экзоскелета продуцирует рост оксигенированного гемоглобина , или «окси», и снижение деоксигенированного гемоглобина, или «докси», что является показателем мышечной усталости. Различие же между окси и докси при использовании мышечного костюма было незначительным, говорит Кобаяши. Команда планирует представить свою работу на Международной конференции по разумным роботам и системам, которая пройдет в октябре этого года в Португалии.

Категория: Muscle Suit 2011 | 6 комментариев »

Комментарии