Технология экзоскелетов нацелена не только на то, чтобы облегчить переноску грузов, но также и на то, чтобы помочь людям, имеющим проблемы с самостоятельным передвижением.Военные, пожарные и люди, имеющие проблемы с самостоятельным передвижением, вскоре смогут положиться на инновации, рассчитанные на то, чтобы помочь им в достижении своих целей.

Исследование экзоскелетов в сфере роботизированных технологий давно считается наукой будущего, но многие достижения в этой области уже используются в настоящее время. Универсальный грузовой экзоскелет HULC — последний в ряду экзоскелетов, созданных лабораторией Berkeley Bionics, вышедшей из стен Калифорнийского университета (UC), Беркли.

А все началось с гранта, полученного в 2000 году от агентства передовых оборонных исследовательских проектов (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA). В результате лаборатория смогла создать четыре прототипа экзоскелетов, предназначенных для расширения возможностей человека. Согласно веб-сайту компании, ученые Berkeley Bionics анализируют движения человека в естественной среде и используют “нетрадиционные подходы к электромеханическому дизайну, теориям управления и системам энергоснабжения для проектирования и построения современного грузового экзоскелета с компьютерным управлением, который будет использоваться в условиях, требующих от конструкции прочности и быстродействия.”

Основатель Berkeley Bionics, Хомаюн Казеруни (Homayoon Kazerooni), доктор наук (PhD), профессор-преподаватель в Калифорнийском университете Беркли, директор Лаборатории робототехники и анатомической инженерии (Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory) и один из ведущих мировых экспертов в сфере интенсификации человеческих возможностей посредством применения роботизированных систем (Robotic Human Augmentation), рассказал журналистам O&P Business News о достижениях своей команды в области экзоскелетонных технологий.

Начало

Есть множество задач, которые мог бы выполнить экзоскелет, но изначально экзоскелетонная технология была предназначена буквально для «разгрузки» спины своего хозяина.

Казеруни объясняет, что исследования в области биомеханики предполагают, что человек должен переносить не более одной трети своего веса в заплечном рюкзаке или в любом другом приспособленном к переноске устройстве. Глядя на применение экзоскелетонной технологии в военной сфере, вы понимаете, что обычный военнослужащий способен перенести груз весом до 130 фунтов, объяснял Казеруни на презентации экзоскелетов, проходившей в начале этого года в Американской академии ортезистов и протезистов.

“Эти машины позволяют вам переносить намного больше веса, чем расчетное значение (зд. «треть от собственного веса»), так как вы не чувствуете этот груз,” – рассказывает Казеруни журналистам O&P Business News. “Машина просто снимает этот груз с ваших плеч.”

Помимо военного применения Казеруни рассказал также о двух дополнительных сферах применения технологий прототипирования, включающих гражданское использование костюма для скалолазов и пожарных, а также медицинское использование для людей, страдающих от нарушения двигательной функции вследствие заболевания нервной или костномышечной системы или же вследствие инсульта.
Berkeley Bionics в настоящее время разрабатывает все три направления потенциального применения экзоскелетов.

Развитие

Развитие экзоскелетонных технологий в Berkeley Bionics началось в 2003 году с создания устройства под названием BLEEX.

“BLEEX был самым первым роботизированным экзоскелетом с приводом от двигателя внутреннего сгорания, который мы спроектировали и построили,” – рассказывает Казеруни об основных технических достижениях своей лаборатории в этой сфере. “Все наши экзоскелеты имеют встроенные источники питания. У них нет подсоединенных извне проводов, и все они оснащены источниками энергоснабжения.”

BLEEX

Хотя тестирование и оценка этого первого устройства проводились исключительно в пределах лаборатории, BLEEX проложил путь для дальнейшего развития технологии, которое привело к созданию в начале 2005 года модели Exohiker.

По данным веб-сайта Berkeley Bionics, Exohiker разрабатывался для “переноски тяжелых грузов в долгосрочных экспедициях.” Он весил всего лишь 31 фунт, включая источник питания, батареи и компьютер, и мог переносить до 150 фунтов, оставаясь практически незаметным в плане создаваемого им шума.

Exohiker

Казеруни добавляет, что устройство позволяло своему обладателю комфортно ходить, но не было рассчитано на преодоление таких ландшафтных перепадов, как, например, крутые холмы.

“Exohiker хотя и позволяет переносить грузы по холмам, но изначально он был рассчитан на ровную местность, а не на крутые подъемы и спуски и не на лестницы, ” – добавляет Казеруни. “ Exohiker все-таки даст вам возможность сделать это, но он не рассчитан на идеальное функционирование в таких ситуациях.”

Преемником Exohiker стало устройство по имени Exoclimber, которое не заставило себя долго ждать после выпуска своего предшественника, и уже в конце 2005 года было представлено публике.

Exoclimber был разработан, чтобы восполнить недостаток Exohiker, а именно, чтобы покорять крутые склоны. По данным веб-сайта Berkeley Bionics, “Exoclimber рассчитан на быстрый подъем по лестницам и по пересеченной местности с сохранением той же долгосрочной выносливости в плане подъема тяжелых грузов, что и у Exohiker.”

При весе в 50 фунтов это устройство может донести вес до 150 фунтов до вершины небоскреба Эмпайр-стейт-билдинг (Empire State Building) высотой 1200 футов на ресурсе всего лишь одной двухфунтовой батареи (по данным с веб-сайта компании). Вдобавок ко всему, эта машина работает так же тихо, как офисный принтер.

В военных кругах Exoclimber получил высокую оценку и собрал множество восторженных отзывов.

ExoClimber

“Положительная оценка ExoClimber военными была безусловной,” – отмечает Казеруни. “Солдатам очень понравилось данное устройство.”

HULC

Последняя модель экзоскелета от Berkeley Bionics сочетает в себе положительные стороны своих предшественников BLEEX, Exohiker и Exoclimber и продвигатеся еще на шаг вперед в плане потребления энергии. HULC был представлен на суд зрителя в июле 2007 года.

“HULC имеет еще одно достоинство, которого не было ни у одного из его предшественников. И HULC, и предшествующие ему экзоскелеты могут переносить грузы весом 150 – 200 фунтов, однако HULC способен также сократить поглощение кислорода пользователем костюма,” – объясняет Казеруни. “Согласно нашим экспериментам, пользователи HULC используют до 15% меньше кислорода, что означает, что костюм не только повышает вашу силу для подъема тяжелых объектов, но он повышает также и вашу выносливость.”

HULC

С помощью HULC пользователи могут перенести до 200 фунтов груза, уменьшив при этом свои энергетические затраты.

“Вы можете прошагать с грузом еще дальше, так как используете меньше энергии,” – поясняет Казеруни. “Кислород это индикатор энергии. Ваши энергетические затраты на перемещение снижаются на 15%. В этом и заключается фундаментальное различие. Вот почему был изобретен HULC. В мире больше нет ни одного устройства, которое делало бы это.”

HULC использует электрогидравлическую систему и питается от батарей. Когда Казеруни спросили о ресурсе батарей, он объяснил, что длительность их действия зависит от ландшафта и скорости передвижения обладателя костюма.

“Если вы собираетесь подняться по лестнице или по холму, вы затрачиваете больше сил, а если вы спускаетесь, но энергии расходуется меньше,” – говорит он. “Цель костюма – работать в режиме нормального маневрирования в течение суток исключительно на батареях, вне зависимости от уровня нагрузки.”

Дополнительной характеристикой HULC, в отличие от предшествующих экзоскелетонных технологий, явилась то, что машина имеет повышенную производительность и более плавную реакцию, но выполняет при этом все те функции, которые уже были реализованы в первоначальных версиях экзоскелетов.

На данные момент HULC уже прошел оценку в лаборатории и предварительные полевые испытания, но Казеруни утверждает, что пока никаких научных заключений еще не сделано.

Будущее

Будущее экзоскелетонной технологии быстро меняется и прогрессирует. Казеруни и его команда из Berkeley Bionics в ближайшие два года пойдут по двум путям развития таких технологий – продолжение усовершенствования HULC и разработка двух медицинских экзоскелетонных устройств.

“ В течение ближайших полутора лет мы будем продолжать усовершенствовать HULC, пока он не будет готов к полевым испытаниям на различных типах местности,” – говорит он. Вслед за успешным испытанием и оценкой костюма в полевых условиях Казеруни планирует продвигать технологию HULC через различные агентства.

“Мы пока еще не знаем деталей и сроков принятия положительного решения Министерством обороны США. Но на данный момент нет другого экзоскелета настолько близкого к принятию такого решения, как HULC,” – говорит Казеруни.

Через 18 месяцев он рассчитывает закончить HULC и провести его оценку в полевых условиях.

“По другой медицинской экзоскелетонной системе у нас есть примерно один год. В ближайшие полгода мы собираемся провести оценку нашей первой системы на постинсультных больных, а затем поработать с другим экзоскелетом, который будет испробован на людях с травмами позвоночника в течение ближайших полутора лет.”

По завершении испытаний постинсультный медицинский экзоскелет станет не просто вспомогательным устройством, а средством медицинской реабилитации. “Это устройство, которое позволит инсультным больным снова научиться ходить,” – говорит Казеруни.

Экзоскелет, разрабатываемый лабораторией Berkeley Bionics для пациентов с ограниченной подвижностью или полностью парализованных, будет выпущен, по словам Казеруни, уже через несколько лет.
“Я считаю, что все мы в ближайшие два-три года будем очень-очень заняты,” – говорит Казеруни о будущем этой технологии. “Я думаю, два-три года это максимальный срок, который понадобится нам для реализации этой технологии и последующего ее продвижения. Надеюсь, большинство людей, которые сейчас не могут ходить, смогут это сделать с нашей помощью.”

Категория: BLEEX, ExoClimber, ExoHiker, HULC | 1 Комментарий »

Комментарии