Егзоскелети
Иако во последно време се повеќе се слуша за егзоскелети, се испостави дека историјата на овој изум датира од деветнаесеттиот век. Дознајте како се менувала низ децениите и како изгледале пресвртните точки во неговата еволуција.
1. Илустрација од патентот на Николај Јагн
1890 – Првите иновативни идеи за создавање на егзоскелет датираат од 1890 век. Во 420179 година, Николас Јагн патентирал во Соединетите Држави (патент бр. US XNUMX A) „Уред за олеснување на одење, трчање и скокање“ (1). Тоа беше оклоп направен од дрво, чија цел беше да се зголеми брзината на воинот за време на марш долга повеќе километри. Дизајнот стана извор на инспирација за понатамошна потрага по оптимално решение.
1961 - Во 60-тите Џенерал Електрик, заедно со група научници од Универзитетот во Комел, почнаа да работат на создавање на електрохидраулично одело кое поддржува човечко вежбање. Соработката со војската на проектот Man Augmentation доведе до развој на Hardiman (2). Целта на проектот беше да се создаде одело што ги имитира природните движења на човекот, овозможувајќи му да крева предмети тешки речиси 700 килограми. Самиот костим тежеше исто, но опипливата тежина беше само 20 килограми.
2. General Electric прототип на разменувач на топлина
И покрај успехот на проектот, се покажа дека неговата корисност е занемарлива, а првичните копии би биле скапи. Нивните ограничени опции за мобилност и сложениот систем за напојување на крајот ги направија овие уреди неупотребливи. За време на тестирањето, се покажа дека Хардиман може да крене само 350 килограми, а со продолжена употреба има тенденција за опасни, некоординирани движења. Од понатамошниот развој на прототипот, само една рака беше напуштена - уредот тежеше околу 250 килограми, но беше исто толку непрактичен како и претходниот егзоскелет.
70-тите години. „Поради неговата големина, тежина, нестабилност и проблеми со електричната енергија, Hardiman никогаш не влезе во производство, но индустрискиот Man-Mate користеше некоја технологија од 60-тите. Правата на технологијата ги купија Western Space and Marine, основани од еден од инженерите на GE. Производот е дополнително развиен и денес постои во форма на голема роботска рака која може да подигне до 4500 кг користејќи повратни информации од силата, што го прави идеален за челичната индустрија.
3. Егзоскелети изградени во Институтот Михаило Пупин во Србија.
1972 – Раните активни егзоскелети и хуманоидни роботи беа развиени во Институтот Михаило Пупин во Србија од група предводена од проф. Миомир Вукобратович. Прво, системи за движење на нозете се развиени за да се поддржи рехабилитацијата на луѓето кои страдаат од параплегија (3). При развивањето на активни егзоскелети, институтот развил и методи за анализа и контрола на човечкото одење. Некои од овие достигнувања придонесоа за развојот на денешните хуманоидни роботи со високи перформанси. Во 1972 година во една ортопедска клиника во Белград беше тестиран активен пневматски егзоскелет со електронско програмирање за парализа на долните екстремитети.
1985 „Инженер во Националната лабораторија во Лос Аламос гради егзоскелет наречен Питмен, моќен оклоп за пешадија. Контролата на уредот се засновала на сензори кои ја скенираат површината на черепот, сместени во посебен шлем. Со оглед на можностите на технологијата од тоа време, тој беше премногу сложен дизајн за производство. Ограничувањето беше првенствено недоволната компјутерска моќ на компјутерите. Дополнително, обработката на мозочните сигнали и нивното претворање во движења на егзоскелетот остана технички практично невозможно во тоа време.
4. Exoskeleton Lifesuit, дизајниран од Монти Рид.
1986 - Монти Рид, војник на американската армија кој го скрши својот 'рбет додека скокаше со падобран, разви егзоскелет од костум за преживување (4). Тој бил инспириран од описите на мобилните пешадиски одела во научно-фантастичниот роман на Роберт Хајнлајн, Starship Troopers, кои ги читал додека се опоравувал во болница. Сепак, Рид почна да работи на неговиот уред дури во 2001 година. Во 2005 година, тој тестираше прототип 4,8 спасувачки костим на трката за Денот на Свети Патрик во Сиетл, Вашингтон. Инвеститорот тврди дека поставил рекорд за брзина на одење во роботски одела, поминувајќи 4 километри со просечна брзина од 14 km/h. Прототипот Lifesuit 1,6 можеше да помине 92 километри целосно наполнет и можеше да подигне XNUMX килограми.
1990-сега - Првиот прототип на егзоскелетот HAL беше предложен од Јошијуки Санкаи (5), проф. Универзитетот во Цукуба. Санкаи помина три години - од 1990 до 1993 година - идентификувајќи ги невроните кои го контролираат движењето на нозете. Нему и на неговиот тим му требаа уште четири години за да ја направат прототипот на опремата. Третиот прототип HAL, развиен на почетокот на 22 век, беше поврзан со компјутер. Самата батерија тежеше речиси 5 килограми, што ја направи многу непрактична. Спротивно на тоа, подоцнежниот модел HAL-10 тежеше само 5 килограми, а батеријата и контролниот компјутер беа обвиткани околу половината на корисникот. HAL-XNUMX моментално е медицински егзоскелет со четири екстремитети (иако е достапна и верзија само за долните екстремитети) произведен од јапонската компанија Cyberdyne Inc. во соработка со Универзитетот во Цукуба.
5. Професорот Јошијуки Санкаи претставува еден од моделите на егзоскелет.
Работи приближно 2 часа 40 минути и внатре и на отворено. Помага при кревање тешки предмети. Локацијата на контролите и возењето во контејнери во внатрешноста на куќиштето овозможи да се ослободиме од „ранецот“ толку карактеристичен за повеќето егзоскелети, понекогаш личи на голем инсект. Луѓето со хипертензија, остеопороза и какви било болести на срцето треба да се консултираат со лекар пред да користат HAL, а контраиндикациите вклучуваат, но не се ограничени на, пејсмејкер и бременост. Како дел од програмата HAL FIT, производителот нуди можност за користење на сесии за третман со егзоскелет и за болни и за здрави луѓе. Дизајнерот HAL тврди дека следните фази од надградбата ќе се фокусираат на создавање тенок костум кој ќе му овозможи на корисникот слободно да се движи, па дури и да трча.
2000 - проф. Хомајун Казеруни и неговиот тим во Ексо Бионикс развиваат универзален превозник за човечки товар, или HULC (6) е безжичен егзоскелет со хидрауличен погон. Неговата цел е да им помогне на завојуваните војници да носат товари тешки до 90 килограми долго време, со максимална брзина од 16 km/h. Системот беше претставен на јавноста на Зимскиот симпозиум на AUSA на 26 февруари 2009 година, кога беше постигнат договор за лиценцирање со Локхид Мартин. Доминантен материјал што се користи во овој дизајн е титаниум, лесен, но релативно скап материјал со високи механички и цврсти својства.
Егзоскелетот е опремен со вшмукување чаши кои ви овозможуваат да носите предмети со тежина до 68 kg (уред за подигање). Напојувањето се снабдува од четири литиум-полимерни батерии, кои обезбедуваат нормално функционирање на уредот при оптимално оптоварување до 20 часа. Егзоскелетот беше тестиран во различни борбени услови и со различни оптоварувања. По серија успешни експерименти во есента 2012 година, тој беше испратен во Авганистан, каде што беше тестиран за време на вооружен конфликт. И покрај многуте позитивни критики, проектот беше ставен во мирување. Како што се испостави, дизајнот го отежнуваше извршувањето на одредени движења и всушност го зголеми оптоварувањето на мускулите, што беше во спротивност со општата идеја за неговото создавање.
2001 – Во тек е проектот Беркли долните екстремитети на егзоскелетот (BLEEX), првично наменет главно за армијата. Во нејзините рамки, постигнати се ветувачки резултати во форма на автономни решенија од практично значење. Најпрво, создаден е роботски уред, прикачен на долниот дел од телото за да им даде дополнителна сила на нозете. Опремата беше финансирана од Агенцијата за напредни истражувачки проекти за одбрана (DARPA) и развиена од Лабораторијата за роботика и човечки инженеринг Беркли, оддел на Катедрата за механичко инженерство на Универзитетот во Калифорнија, Беркли. Егзоскелетниот систем Беркли им дава на војниците можност да носат големи товари со минимален напор и на секаков вид терен, како што се храна, опрема за спасување, комплети за прва помош, комуникации и оружје. Покрај воените апликации, BLEEX моментално развива и цивилни проекти. Лабораторијата за роботика и човечко инженерство моментално ги истражува следните решенија: ExoHiker - егзоскелет дизајниран главно за членови на експедицијата каде што има потреба од транспорт на тешка опрема, ExoClimber - опрема за луѓе кои се качуваат по високи ридови, Медицински егзоскелет - егзоскелет за лица со посебни потреби физичките способности. нарушувања на мобилноста на долните екстремитети.
8. Прототипот Sarcos XOS 2 во акција
текстот
2010 – се појавува XOS 2 (8) е продолжение на егзоскелетот XOS од Саркос. Како прво, новиот дизајн стана полесен и посигурен, овозможувајќи ви да кревате товари со тежина до 90 кг во статика. Уредот наликува на киборг. Контролата се заснова на триесет актуатори кои делуваат како вештачки зглобови. Егзоскелетот содржи неколку сензори кои пренесуваат сигнали до актуаторите преку компјутер. На овој начин се одвива непречено и континуирано работење, а корисникот не чувствува некој значителен напор. Тежината на XOS е 68 кг.
2011-сега – Американската агенција за храна и лекови (FDA) го одобрува медицинскиот егзоскелет ReWalk (9). Тоа е систем кој користи елементи на сила за зајакнување на нозете и им овозможува на луѓето со парализа да стојат исправено, да одат и да се качуваат по скали. Енергијата ја обезбедува батерија од ранец. Контролата се врши со помош на едноставен рачен далечински управувач кој ги детектира и коригира движењата на корисникот. Целата работа е дизајнирана од Амит Гофер од Израел и се продава од ReWalk Robotics Ltd (оригинално Argo Medical Technologies) за околу 85 PLN. долари.
9 луѓе шетаат во ReWalk Exoskeletons
Во моментот на издавање, опремата беше достапна во две верзии - ReWalk I и ReWalk P. Првата се користи од медицински институции за истражувачки или терапевтски цели под надзор на медицински професионалец. ReWalk P е наменет за лична употреба од страна на пациентите дома или на јавни површини. Во јануари 2013 година, беше објавена ажурирана верзија на ReWalk Rehabilitation 2.0. Ова го подобри приспособувањето на повисоките луѓе и го подобри контролниот софтвер. ReWalk бара од корисникот да користи патерици. Како контраиндикации се споменуваат кардиоваскуларните заболувања и кршливоста на коските. Ограничувањето е и растот, во рамките на 1,6-1,9 m, а телесната тежина до 100 kg. Ова е единствениот егзоскелет во кој можете да возите автомобил.
10. Ex Bionics eLEGS
2012 Ексо Бионикс, порано познат како Беркли Бионикс, го откри својот медицински егзоскелет. Проектот започна две години порано под името eLEGS (10), а беше наменет за рехабилитација на лица со различен степен на парализа. Како и ReWalk, конструкцијата бара употреба на патерици. Батеријата обезбедува енергија за најмалку шест часа користење. Ексо сет чини околу 100 илјади. долари. Во Полска е познат проектот на егзоскелетот Ekso GT, медицински уред дизајниран да работи со невролошки пациенти. Неговиот дизајн овозможува одење, вклучувајќи луѓе по мозочни удари, повреди на 'рбетниот мозок, пациенти со мултиплекс склероза или со Гилејн-Баре синдром. Опремата може да работи во неколку различни режими, во зависност од степенот на дисфункција на пациентот.
2013 – Mindwalker, проект за егзоскелет контролиран од умот, добива средства од Европската Унија. Дизајнот е резултат на соработка помеѓу научниците од Слободниот универзитет во Брисел и Фондацијата Санта Луција од Италија. Истражувачите тестирале различни начини за контрола на уредот - тие веруваат дека најдобро функционира интерфејсот на мозокот-невро-компјутерот (BNCI), кој ви овозможува да го контролирате со мисли. Сигналите минуваат помеѓу мозокот и компјутерот, заобиколувајќи го 'рбетниот мозок. Mindwalker ги конвертира ЕМГ сигналите, односно малите потенцијали (наречени миопотенцијали) кои се појавуваат на површината на кожата на една личност кога работат мускулите, во електронски команди за движење. Егзоскелетот е прилично лесен, тежи само 30 килограми без батерии. Поддржува возрасен човек со тежина до 100 кг.
2016 – Техничкиот универзитет ETH во Цирих, Швајцарија, е домаќин на првиот спортски натпревар Cybathlon за лица со посебни потреби со помош на роботи. Една од дисциплините беше трката со егзоскелет на патека со пречки за лица со парализа на долните екстремитети. Во оваа демонстрација на вештини и технологија, корисниците на егзоскелет мораа да извршуваат задачи како што се седење на кауч и станување, одење по падини, газење по карпи (како кога поминуваат плитка планинска река) и качување по скали. Се испостави дека никој не можеше да ги совлада сите вежби, а на најбрзите тимови им беа потребни повеќе од 50 минути да ја завршат патеката со пречки од 8 метри. Следниот настан ќе се одржи во 2020 година како показател за развојот на технологијата на егзоскелет.
2019 – За време на летните демонстрации во Центарот за обука на командоси во Лимпстон, Обединетото Кралство, Ричард Браунинг, пронаоѓач и извршен директор на Gravity Industries, го покажа својот авионски костум со егзоскелет Daedalus Mark 1, кој остави огромен впечаток кај војската, а не само кај Британците. Шест мали млазни мотори - два од нив се инсталирани одзади и два во форма на дополнителни парови на секоја рака - ви овозможуваат да се искачите на висина до 600 m. Досега има доволно гориво за 10 минути лет...
