Экзоскелет что это такое
Экзоскелеты
Железный человек уже не только супергерой комиксов и кинобоевиков. Благодаря передовым технологиям в области робототехники и человеко-машинным интерфейсам во всем мире получают распространение механизированные экзоскелеты: от машин, превращающих мужчин в суперпехотинцев, до кибернетических имплантатов, достаточно интеллектуальных, чтобы позволить инвалидам двигаться самостоятельно.
Концепция увеличения человеческих возможностей стремительно переходит от мечты к реальности благодаря множеству компаний и разработчиков, создающих системы, позволяющие сделать людей быстрее, сильнее и восприимчивее.
Почему происходит эта революция? Это сочетание обсуждения этичности таких разработок светлейшими умами планеты и хищные, ненасытные стремления научно-технических корпораций перенести человечество в великолепный новый век. Раньше научные разработки, подобные этим, были бы задавлены на корню фанатиками, а теперь, если человек рождается с инвалидностью и невозможностью самостоятельно перемещаться, он все же сможет ходить и жить полной жизнью, что ранее считалось невозможным.
А теперь пристегнитесь и подготовьтесь к путешествию по самым революционным робототехническим и бионическим достижениям, кардинально изменяющим наш мир. Добро пожаловать в мир, объединяющий людей и машины.
Одна из самых полезных разработок в области расширения возможностей человека — это гибридная вспомогательная конечность, сконструированная корпорацией Cyberdyne Inc. и имеющая кодовое название HAL. Это первая в мире кибернетическая роботизированная система для поддержки и усиления ног человека, позволяющая инвалидам самостоятельно передвигаться.
Экзоскелет крепится к нижней части спины и ногам пациента и работает в несколько этапов. Сначала пациент задумывается о движении, которое хочет совершить, например, о ходьбе. Мозг пациента посылает к мышцам нервные импульсы, необходимые для осуществления движения. Парализованный человек обычно не может корректно принимать эти нервные сигналы в мышцах конечностей, но при подключении HAL такая возможность появляется. Она умеет считывать слабые вторичные биоэлектрические импульсы (потенциалы), возникающие при передаче сигналов от мозга к мышцам, с поверхности кожи человека. При обнаружении этих сигналов HAL интерпретирует движение, о котором подумал пациент, и выполняет его, что позволяет человеку двигаться.
Первый прототип экзоскелета Hybrid Assistive Limb (HAL) был разработан в 1997 году.
Самое интересное в том, что HAL может потенциально помочь парализованным людям двигаться без экзоскелета. Это достигается потому, что при каждом использовании HAL мозг пациента получает позитивную биологическую обратную связь от нижних конечностей о том, что желаемое движение было выполнено успешно. Но пройдет еще немало времени, прежде чем улучшенные версии HAL смогут обучать инвалидов двигаться без посторонней помощи.
Экзоскелет HAL корпорации Cyberdyne Inc. помогает парализованным снова начать ходить, а костюм HULC, разработанный компанией Lockheed Martin, превращает здоровых солдат в механизированных воинов, увеличивая их силу, скорость и выносливость до непревзойденного уровня.
Гидравлический экзоскелет HULC помогает солдатам выдерживать сверхчеловеческие нагрузки, позволяя нести до 90 кг груза по пересеченной местности в течение нескольких часов без перерыва, сохраняя при этом максимальную мобильность. Это достигается путем увеличения возможностей солдата с помощью активных титановых ног и экзоскелета, управляемого компьютером и оборудованного встроенным источником питания. Этот механизм переносит вес груза на землю, обеспечивая при этом солдата силами для продолжительного, быстрого перемещения в области военных действий.
Благодаря усовершенствованной композитной конструкции и специальным материалам, HULC защищает своих пользователей от повреждений опорно-двигательного аппарата, вызываемых переносом тяжелых грузов. В действительности, если учесть, что HULC может также повысить эффективность обмена веществ человека, уменьшить потребление кислорода и снизить вероятность утомления, сложно представить будущее вооруженных столкновений без подобных механизированных воинов.
PROSTHESIS
«Простесис» — громоздкая машина, управляемая исключительно движениями человека. Разве вы не будете поражены, если узнаете, что антиробот весит около 3,5 тонны и возвышается над землей на 4,2 м?
Пилот может перемещать такую огромную машину собственным усилием благодаря интерфейсам, крепящимся к рукам и ногам и передающим движения конечностей человека четырем гидравлическим ногам робота. Точность управления и обратной связи такова, что через некоторое время управляющий роботом человек начинает ощущать экзоскелет как естественное дополнение к своему телу и, когда нагрузка на конечности робота увеличивается, человеку тоже становится труднее двигаться. Система подвески помогает пилоту ощущать, когда ноги робота касаются земли.
Проект «Простесис» разрабатывался исключительно при помощи добровольцев.
Антиробот прекрасно демонстрирует возможности экзоскелетов. Не так сложно представить в ближайшем будущем механизированных строителей, с легкостью перемещающих огромные грузы.
EKSO BIONIC
Самый продвинутый тренировочный экзоскелет Ekso Bionic разрабатывался специально для помощи парализованным людям. Во время ношения экзоскелета люди с тяжелыми заболеваниями двигательного аппарата после перенесенного инсульта, повреждения спинного или головного мозга, могут вновь освоить правильные алгоритмы ходьбы и переноса веса. Это элементарные движения, которые здоровые люди совершают, не задумываясь. Парализованным людям приходится осваивать их заново, костюм помогает им в этом и записывает каждое движение для последующего анализа.
Уникальная возможность записи, встроенная в экзоскелет Ekso Bionic, предусмотрена для каждого нового пациента с первой тренировки. Облачение в костюм занимает всего пять минут, так как костюм крепится к обычной одежде. Ekso Bionic имеет несколько встроенных режимов обучения и способен научить своего парализованного владельца ходить правильно с разной скоростью. Костюм разработан только в 2005 году, и на этом примере легко увидеть, как технологии меняют нашу жизнь.
LAND WALKER
На самой экстремальной стороне революции мехов находится «Ленд уокер» компании SakakibaraKikai — двуногий экзоскелет высотой 3,4 м и весом в 1000 кг. Его дизайн повторяет внешний вид боевых мехов из популярной научной фантастики, таких как вездеход AT-ST из серии фильмов «Звездные войны». «Ленд уокер» — первый в мире механизм такого типа, способный передвигаться на двух ногах под управлением усидчивого пилота-человека.
Производительность текущей модели «Ленд уокера» оставляет желать лучшего, но при соответствующем финансировании разработки, такая машина в будущем может пригодиться правоохранительным органам. С его устрашающим внешним видом и, при соответствующем вооружении, боевыми возможностями, «Ленд уокер» сможет остановить преступника на любом гражданском транспортном средстве.
ENRYU
Большой, управляемый человеком робот, предназначенный для использования в условиях чрезвычайных ситуаций, T-52 Enryu (в переводе с японского «T-52 Спасательный дракон») — один из элементов спасательной операции. Высотой 3,45 и шириной 2,4 м, он оборудован семью 6,8-мегапиксельными CCD-видеокамерами и способен поднимать объекты весом до одной тонны с помощью гидравлических манипуляторов. Т-52, пожалуй, — самый совершенный мех для оказания помощи во время стихийных бедствий, проникновения в опасные районы и выдерживания условий, смертельных для человека.
Мех был построен для проведения тяжелых работ в районах бедствия японской компанией TMSUK в партнерстве с Киотским университетом и Национальным научно-исследовательским институтом Японии по пожарам и катастрофам. T-52 может управляться либо пилотом из бронированной кабины, либо дистанционно со специального пульта, при этом оператор получает контекстуальную информацию через несколько ЖК-дисплеев.
Машина специализируется на подъеме больших и тяжелых предметов, а это означает, что она может помочь людям, выжившим в землетрясениях и находящимся под обломками зданий.
Пока «Спасательный дракон» все еще на стадии разработки, но уже прошел ряд эксплуатационных испытаний и недавно был протестирован в реальных условиях во время катастрофы на АЭС Фукусима-1 в 2011 году, патрулируя область и перенося крупные радиоактивные обломки.
Лучшие из оставшихся
Kuratas
Sarcos XOS 2
Экзоскелет, придающий нечеловеческую силу своему пользователю, в настоящее время XOS 2 испытывается армией США и в конце 2020 года планируется к вводу в эксплуатацию.
Механические ноги компании Honda
Разработка Honda под названием Body Weight Support Assist представляет собой своего рода экзоскелет, который помогает людям, имеющим те или иные повреждения опорно-двигательного аппарата, поддерживать верхнюю часть тела, снимая часть нагрузки с ног.
Тяжелый подъемник компании Raytheon
Разработанный для переноса больших ящиков, контейнеров и предметов, мех Heavy Lifter предоставляет пилоту высокую степень свободы и ловкости.
Kid’s Walker
Младший брат «Ленд уокера», «Кидс уокер» стоимостью около 1,2 млн рублей предназначен для того, чтобы дети возрастом от четырех до двенадцати лет могли пилотировать собственного мéха, оставаясь в безопасности.
История подъема мéхов
Развитие робототехнических технологий
Топ 5 киномехов
Бродяга. Тихоокеанский рубеж (2013)
Бродяга — один из самых значимых мéхов, помогающий человечеству бороться с морскими чудовищами, стремящимися уничтожить Землю в фильме «Тихоокеанский рубеж» 2013 года.
Погрузчик. Чужие (1986)
В фильме «Чужие» Джеймса Кэмерона мех «Погрузчик», пилотируемый главной героиней Сигурни Уивер, Рипли противостоит грозной королеве Чужих.
AMP Аватар (2009)
Еще один отличный мех, придуманный Джеймсом Кэмероном, — это AMP, играющий ключевую роль в финале фильма «Аватар» и уничтожающий все на своем пути.
Носорог. Новый Человек-паук. Высокое напряжение (2014)
Русский гангстер Алексей Сицевич вырывается из тюрьмы и терроризирует Манхэттен в костюме мéха, напоминающем носорога.
APU. Матрица: Революция (2003)
Защищая оставшихся в живых людей от стражей Матрицы, мéхи APU наносят им огромный урон крупнокалиберными пушками.
Костюм человека-паука в реальной жизни
Согласитесь, было бы здорово обладать органами чувств пауков в реальной жизни? Вы не поверите, но теперь это возможно благодаря интереснейшему исследовательскому проекту, реализуемому в Иллинойском университете.
Костюм SpiderSense взаимодействует с некоторыми из миллионов рецепторов кожи, позволяя передавать информацию об окружающей среде человеку, надевшему костюм. Благодаря этой технологии пользователь даже с закрытыми глазами может точно определить приближение объектов.
Костюм SpiderSense работает благодаря носимому тактильному индикатору, состоящему из набора чувствительных модулей, прикрепленных к рукам и ногам пользователя. По мере перемещения человека по комнате данные о расстоянии до объектов передаются ему через датчики, которые соответствующим образом увеличивают или уменьшают давление, считываемое рецепторами кожи и ретранслируемое в мозг. Чувствительные модули посылают и получают ультразвуковые отражения от объектов и препятствий на пути пользователя.
С практической точки зрения технология SpiderSense может быть применена для компенсации ограниченного или отсутствующего чувства, например зрения, или для усиления полнофункциональных чувств.
Экзоскелеты: обзор механики физической силы настоящего и будущего
Главная страница » Экзоскелеты: обзор механики физической силы настоящего и будущего
Экзоскелеты, используемые крупными производителями, включая «Toyota», «Boeing», «GM» и других, представляют тип носимой технологии. Такая технология помогает снизить нагрузку для работника при выполнении повторяющихся физических задач. Обеспечивая поддержку и снижая нагрузку на организм пользователя, экзоскелеты, как силовые, так и пассивные, повышают способность работать быстро и безопасно, существенно снижая риски получения травм. Чтобы узнать больше относительно экзоскелетов и технологий в целом, рассмотрим несколько разработок.
Экзоскелеты для современной производственно-строительной отрасли
Сразу же следует отметить: помимо защиты и повышения производительности, некоторые экзоскелеты дополнительно содержат датчики, благодаря которым отслеживаются движения пользователей и формируется фактор реакции. Ниже по тексту приведён краткий обзор некоторых из продуктов различных экзоскелетов, уже доступных или планируемых на выход в скором времени.
Экзоскелет #1: «Airframe» продукт «Levitate»
Флагманский продукт «Levitate» под названием «Airframe» представляет механику, снимающую напряжение мышц и суставов верхних конечностей. Кроме того, экзоскелет «Airframe» исключает дискомфорт для профессиональных и квалифицированных работников, которым требуется многократно поднимать руки для выполнения работы строительства или демонтажа.
Помощник съёма физического напряжения при выполнении различных хозяйственно-производственных работ. Одна из разработок фирмы «Levitate», успешно продвигаемая на рынке
По словам представителей компании «Levitate», экзоскелет снижает нагрузку до 80%, обеспечивая комфортную эргономическую поддержку в течение всего дня, эффективно снижая мышечную усталость. Инженерами-проектировщиками «Levitate», кстати, недавно выпущена огнестойкая модель экзоскелета «Airframe». Этот вариант продукта предполагается использовать для выполнения работ в условиях открытого пламени:
Сейчас в число пользователей экзоскелетами «Levitate» входят компании:
Экзоскелет #2: «Guardian GT» от «Sarcos Robotics»
Робот «Guardian GT», созданный несколько лет назад, безопасно выполняет задачи за считанные минуты. На выполнение поставленных сложных задач машина затрачивает несколько часов. Инженеры фирмы «Sarcos Robotics» утверждают, что крупномасштабный промышленный экзоскелет обеспечивает невиданную ловкость и прочность для оператора.
Не совсем однозначно можно сопоставить эту машину с экзоскелетами, тем не менее Guardian GT считается экзоскелетом, учитывая чувствительную связь с оператором
Монтируемая на гибкой базе транспортных средств, способная работать от:
эта система, оснащённая одной или двумя «руками» поднимает и манипулирует грузами весом до 450 кг без особых человеческих усилий.
Использование запатентованной технологии «Sarcos», позволяет оператору экзоскелета ощущать масштабные силы, испытываемые манипуляторами длиной 2 метра. При этом оператор может находиться непосредственно внутри робота или же управлять машиной на расстоянии от нескольких километров.
Экзоскелет #3: «Ironhand» от «Bioservo»
Следующий проект – «Железная рука» от производителя «Bioservo», используется под обычной рабочей перчаткой. Таким образом, экзоскелет «Ironhand» усиливает хватку рабочего и поддерживает потенциальную нехватку выносливости сбором и анализом данных для оцифрованной оценки риска.
Вот таким женским кулачком легко и просто усмиряется любой разбушевавшийся мужик. Экзоскелет «Ironhand» безупречно исполняет тяжёлую физическую работу
Система шведского производителя поставляется наделённой блоком питания рюкзака и датчиками давления. Оба компонента применяются для запуска двигателя «Железной руки», обеспечивая владельца перчатки мощным захватом.
По словам разработчиков, рукоятка для перчаток доступна четырьмя размерностями для левой и правой руки. Экзоскелет «Ironhand» уже доступен для промышленников США в качестве дистрибьюторской сборки «Rhino».
Экзоскелет #4: «EksoVest» производства «Ekso Bionics»
Разработка «EksoVest» фактически представляет костюм для верхней части тела человека. Этот костюм помогает поднимать и поддерживает руки работника в процессе выполнения различных задач.
Разработка от «Ekso Bioncs» представляет очень удобный инструментарий для конвейерной сборки автомобилей. Оснащённый таким устройством рабочий демонстрирует небывалую производительность
Диапазон перемещения рук от высоты на уровне груди, до высоты над головой. Обеспечивая лёгкий и низкий профиль, экзоскелет «EksoVest» видится удобным для применения в любых условиях, придавая свободу движений.
Поддерживается функция регулировки силы подъёма устройства в соответствии с предпочтениями оператора от 2,25 до 6,8 кг на руку. Устройство поставляется двумя конфигурациями:
Экзоскелет #5: «ZeroG» от компании «Ekso Bionics»
Ещё один проект – «ZeroG», разработанный инженерами «Ekso Bionics», удерживает тяжёлые инструменты на подъемных платформах — ножничных подъёмниках и стандартных строительных лесах. Экзоскелет поддерживает работу с любыми инструментами весом до 20 кг, которые прикрепляются оператором на рабочий рычаг «ZeroG».
Неиссякаемая физическая мощь в руках человека — вот результат применения на практике экзоскелета «Zero G» фирмы «Ekso Bionics» — очередного, кстати, продукта из серии робототехники
Многие инструменты поддерживают крепление с помощью строп. Наиболее распространённые инструменты включают:
Система «ZeroG» также успешно работает с крупными шлифовальными станками, которые можно легко прикрепить с помощью кольцевого карданного подвеса. Так значительно облегчается выполнение массовых операций шлифования за счёт снижения веса инструмента. Устройство «ZeroG» устанавливается и готовится под эксплуатацию менее чем за одну минуту.
Экзоскелет #6: «Chairless Chair» от фирмы «Noonee»
Швейцарская фирма «Noonee» выпускает так называемый «Стул без стула». По сути, производители рассматривают собственный продукт «эргоскелетом», учитывая помощь устройства для повышения комфорта работника. В частности, механикой обеспечивается быстрая, лёгкая, гибкая смена положений сидя, стоя, а также процессов ходьбы.
Устройство «Chairless Chair» в прямом смысле слова позволяет весь рабочий день просидеть на стуле. При этом производительность труда только увеличивается
Система «Chairless Chair» позволяет работникам свободно перемещаться, не создавая никаких помех работе. В то же время устройством эффективно снимаются физические напряжения в разных позах работающей персоны:
Этим продуктом активно пользуются многие известные коммерческие структуры, производящие автомобили, в том числе «Audi», «BMW», «Renault».
Экзоскелет # 7: «MAX» от компании «SuitX»
Систему «MAX» от фирмы «SuitX» следует рассматривать гибким экзоскелетом, который допускает адаптацию под различные задачи на рабочем месте. Это своего рода универсальная система, которая позволяет работникам не перегружать:
с уменьшенным риском получения травм. При этом «MAX» остаётся достаточно удобной амуницией для ношения в течение всего рабочего дня.
Устройством экономии физических сил разработку «MAX» характеризовать, пожалуй, недостаточно. Здесь кроются куда более обширные возможности для производственных работ
Экзоскелет MAX (Module Agile eXoskeleton) фактически состоит из трёх разных модулей: Каждый модуль допустимо носить независимо или комбинировать модули в зависимости от необходимости.
Согласно проведённым лабораторным исследованиям, система «MAX» снижает мышечную силу, необходимую для выполнения задач, примерно на 60%. Это весомый вклад для физической работы, поэтому представители структур «Costco», «ВВС США», «Boeing» стремятся внедрить как можно больше такой механики.
Экзоскелет #8: «Guardian XO» от фирмы «Sarcos Robotics»
Очередной продукт «Sarcos Robotics» — система «Guardian XO», находится в настоящее время в стадии разработки. Ожидается, что первые экземпляры техники появятся в продаже в середине 2020 года.
Продукт, рассчитанный на перспективу — экзоскелет «Guardian XO». Отличительной особенностью этого изделия является фактор полностью автономного питания
Компанией «Sarcos Robotics» по факту представлена первая полностью электрическая роботизированная промышленная экзоскелетная система с полным питанием от аккумулятора. Устройство призвано повысить производительность труда, защитить работников от излишних физических напряжений и получения травм.
Робот «Guardian XO» позволяет рабочим выполнять тяжёлый физический труд, в том числе многократно поднимать и манипулировать массивными неудобными предметами, весом до 100 кг.
Согласно утверждениям разработчиков, система требует минимального обучения оператора, поскольку конструктивно обеспечивается естественное, плавное и интуитивное движение. Система рассчитана на работу до восьми часов без подзарядки АКБ.
КРАТКИЙ БРИФИНГ
Экзоскелеты: принцип действия, конструкция, применение
Экзоскелеты становятся всё популярнее в различных сферах деятельности — они помогают людям в поднятии и перемещении тяжестей, безопасном выполнении потенциально травматичных или непосильных операций. Будучи изобретены еще в середине XX века, сейчас эти устройства на новом этапе развития, открывающем всё больше перспектив для их применения.
Читайте статью, чтобы узнать больше о принципах работы экзоскелетов и их возможностях.
Содержание
История создания экзоскелетов
Разработка экзоскелетов началась в нескольких странах в середине прошлого века. Изначально исследователи ориентировались на создание активных экзоскелетов, оснащенных моторами и аккумуляторами. Одним из первых роботизированных экзоскелетов стала разработка компании General Electric (США) — Hardiman.
Созданный в середине 1960-х годов экзоскелет охватывал всё тело. Он был предназначен для увеличения силы пользователя: позволял человеку поднимать и переносить тяжелые предметы.
Экзоскелеты для помощи при ходьбе были разработаны в конце 1960-х годов в Институте Михайло Пупина в Сербии и в начале 1970-х годов в Университете Висконсин-Мэдисон в США. С тех пор, до появления первых коммерческих моделей экзоскелетов, прошло несколько десятилетий. Только в начале XXI века был налажен серийный выпуск таких устройств. Одним из ранних примеров стал экзоскелет для восстановления двигательной функции Lokomat, выпущенный в 2001 году.
Он используется в больницах и реабилитационных центрах по всему миру. В 2013 году компания-разработчик Lokomat (Hocoma AG) объявила о поставке пятисотого устройства.
За последние годы в разных странах появились серийные версии экзоскелетов для инвалидов, для военных и для рабочих.
Типы экзоскелетов
По принципу действия
Источник: spectrum.ieee.org, активный экзоскелет грузчика
По способу действия экзоскелеты делятся на активные и пассивные.
Активные
Активные экзоскелеты оснащены приводами, которые получают энергию от источников питания, закрепленных на самом экзоскелете.
Эти устройства, обычно с электрическими сервоприводами (также возможно применение пневматики и гидравлики), многократно увеличивают прилагаемую силу воздействия оператора на объекты и его выносливость, так как прилагаемые для управления экзоскелетом усилия минимальны.
Системы управления экзоскелетом можно разделить на такие типы:
с контроллерами положения,
с контроллерами крутящего момента / силы,
с контроллерами силового взаимодействия.
Контроллеры экзоскелета могут программироваться макросами задач — последовательными сочетаниями движений, разными для разных целей. При изменении нагрузки или положения в роботизированной системе возникает ответная реакция, учитывающая поднимаемый вес и углы наклона, для поддержки оператора. При этом автоматическая система следит, чтобы суставы экзоскелета поворачивались под нужным углом, а недопустимые углы обычно ограничены еще и механически, самой конструкцией.
Пассивные
Пассивные экзоскелеты — это устройства, которые не требуют источника энергии для функционирования. Принцип их действия основан на базовых законах механики: за счет применения противовесов и рычагов, пассивный экзоскелет перераспределяет нагрузку на части тела. Действие пассивного экзоскелета снижает нагрузку на активные мышцы, в среднем, от 30%.
Фото: Media.ford.com
Пассивные экзоскелеты бывают двух типов: персональные вспомогательные подъемные устройства (PLAD) и устройства возврата без необходимости изгиба (BNDR). Оба типа устройств состоят из рамы, которая накапливает упругую энергию при наклоне вперед, которая затем помогает человеку продлить рабочее положение с наклоном вперед или снова выпрямить тело при поднятии предмета. Рама BNDR покрывает туловище и таз и поддерживается верхней частью ног и грудью. Рама PLAD поддерживает распределение нагрузки между позвоночником, плечами, тазом и ступнями.
По способу ношения экзоскелеты можно разделить на четыре категории: для спины, для ног, для коленного сустава и для рук. Каждый из типов экзоскелета может использоваться самостоятельно или быть частью большой конструкции, состоящей из нескольких элементов. Распространенный пример — пассивный экзоскелет для спины и рук. Такой, например, используют видеооператоры для продолжительной съемки.
По применению
Экзоскелеты для производства
Экзоскелеты на производстве обеспечивают свободу движений и снижают нагрузку на разные типы мышц, что позволяет работникам выполнять разные задачи — перемещать и фиксировать крупные детали, работать с мобильным и стационарными инструментами.
Любые поддерживающие и силовые экзоскелеты могут быть использованы на разных участках производственных предприятий, для различных операций.
Экзоскелеты для строительства
Зачастую рабочие на строительных площадках вынуждены часами работать с тяжелым инструментом в неудобном положении. Например, держать над головой болгарку или перфоратор. Чтобы снизить риск получения травмы и облегчить выполнения задачи, экзоскелеты для рук и спины являются незаменимым решением.
Экзоскелеты для бега и ходьбы
Экзоскелет для бега (ходьбы) — это вспомогательное устройство, которое изменяет динамику конечностей и суставов пользователя для уменьшения усталости во время естественной ходьбы и бега. Следует отметить, что экзоскелет для бега — это именно вспомогательное устройство, что отличает его от медицинских экзоскелетов, которые помогают восстановлению двигательных функций и координации после травм и заболеваний. Может применяться почтальонами, курьерами, военными.
Медицинские экзоскелеты
Можно выделить одну общую категорию — медицинские экзоскелеты, внутри которой существует разделение на подкатегории. Это, как и в случае с моделями для производства, пассивные и активные устройства, а также на портативные (вспомогательные) и стационарные (лечебные тренажеры).
Портативные экзоскелеты выполняют роль протезирующую (искусственного восстановления утраченных функций, выполнения их вспомогательным устройством), а стационарные — реабилитирующую (восстановления естественных возможностей самого организма).
Экзоскелеты для людей с травматическим или врожденным параличом нижних конечностей оснащены моторами с аккумуляторами, благодаря им пациенты с нижней параплегией могут самостоятельно вставать, ходить и подниматься по ступенькам, то есть выполнять физические действия, которые для них невозможны без посторонней помощи.
Принцип действия активных экзоскелетов для инвалидов общий у всех производителей. Бедренные и коленные суставы сгибаются и разгибаются двумя электродвигателями на каждую ногу. Устройство выдерживает вес пользователя, которому, возможно, всё равно потребуются костыли для сохранения равновесия. На пульте управления расположены кнопки для активации шагов и установки темпа: быстрая ходьба, медленная ходьба, подъем по ступенькам, остановка и т.д.
Экзоскелеты для военных
Возможно, в ближайшем будущем мы увидим серийную версию экзоскелета, которая превращает солдата в персонажа из вселенной Marvel. Однако в настоящее время разрабатываются экзоскелеты для военных, которые призваны снизить уровень нагрузки при передвижении на длительные дистанции с высокой нагрузкой.
Для примера, посмотрим официальное описание экзоскелета ONYX, разработанного корпорацией Lockheed Martin для ВС США:
«Технологии экзоскелета могут дать новые возможности боевым силам и повысить выносливость и безопасность в критических условиях. Новый экзоскелет для нижней части тела ONYX продемонстрировал способность повышать мобильность и снижать утомляемость пользователей. Уменьшая усилия при ходьбе и лазании, устройство увеличивает возможности солдат и служб быстрого реагирования в перемещении и переносе оборудования, необходимого для выполнения задач».
Экзоскелеты для поднятия тяжестей
Хотя принцип работы экзоскелетов универсален, существуют различия в конструкции и способе ношения экзоскелета, в зависимости от сферы деятельности.
Трендом последних лет стала разработка экзоскелетов для поднятия тяжестей. Это обширная категория устройств, которая призвана облегчить условия труда для людей, которые постоянно поднимают, перемещают и держат тяжелые предметы. В зависимости от типа (активный, пассивный) и от способа ношения, такие экзоскелеты могут снижать уровень усталости при монотонной работе или позволять одному рабочему поднимать грузы весом до 90 кг.
Экзоскелеты для поднятия тяжестей применяются в следующих областях, включая уже перечисленные в статье:
— Производство всех отраслей
Перемещение грузов на предприятиях всех отраслей, погрузка и разгрузка транспорта.
— Складские работы
Погрузка, разгрузка, складирование.
— Авиация, железнодорожный транспорт
Перемещение багажа, ремонтные и сервисные работы.
— Коммунальное хозяйство
Перемещение оборудования и материалов.
— Строительство и ремонт недвижимости
Монтажные и отделочные работы, малярные и электротехнические, коммуникации.
Пример экзоскелета: SuitX
Рассмотрим принцип действия и возможности экзоскелетов на примере комплекта SuitX, созданного американской компанией US Bionics, Inc.
Это устройство, которое доступно в полной комплектации — MAX, а также в виде отдельных модулей: для плечей — ShoulderX, для спины — BackX и для ног — LegX.
SuitX MAX позволяет работникам выполнять задачи с интенсивным воздействием на плечи, поясницу и ноги с меньшим риском получения травм. Экзоскелет достаточно комфортный, чтобы носить его в течение всего дня.
Все модули активируются при необходимости, а в деактивированном состоянии они не мешают ездить на велосипеде или вести автомобиль.
Экзоскелет SuitX MAX стал результатом полевых и лабораторных испытаний. Эксперименты, проведенные на стройплощадках, при погрузочно-разгрузочных работах, на судостроительных и литейных производствах в США и Японии, обеспечили американских разработчиков необходимыми данными по типичным действиям на производстве и по существующим в различных отраслях нагрузкам.
После лабораторных исследований, проведенных в лабораториях Калифорнийского университета, исследователи создали экзоскелет для грузчиков SuitX MAX, который снижает трудозатраты при выполнении монотонных задач на 60%.
Экзоскелет для рабочих SuitX MAX используется многими крупными корпорациями.
C. Neilson, менеджер машиностроительной компании Siemens Gamesa, сказал:
«Мы выбрали SuitX в качестве предпочтительного поставщика экзоскелетов для наших заводов по всему миру».
Примеры использования экзоскелета SuitX
Сборочная линия
При работе на сборочных линиях руки сотрудников находятся в постоянном напряжении, даже если им не приходится поднимать тяжелые предметы.
В данном случае экзоскелет служит эффективной поддержкой, снижая уровень усталости мышц предплечья и плечевого пояса.
Работа в ограниченном пространстве
Одна из основных сложностей работы в стесненных условиях — невозможность удобно расположиться и/или использовать традиционные опоры, например, стремянку. Экзоскелет SuitX позволяет сравнительно удобно работать даже в таких обстоятельствах.
На складах
Даже при условии, что грузчикам не нужно поднимать тяжелые предметы, длительная монотонная работа приводит к ощутимой усталости мышц. Особенно это актуально, если постоянно необходимо наклоняться в процессе работы. Экзоскелет SuitX помогает снизить нагрузку на мышцы спины.
Перемещение тяжелых грузов
Поднятие тяжелых грузов — работа, которая может привести к производственной травме. Именно в таких критических случаях преимущества экзоскелета SuitX проявляется в полной мере. Ведь устройство перераспределяет нагрузку, что позволяет грузчику буквально поднимать более тяжелые предметы с меньшим напряжением мышц.
Заключение
Стоит трезво взглянуть на вещи: н и один из ныне существующих э кзоскелетов не сделает из носителя супермена или силача, не стоит ожидать от них слишком многого.
Что они действительно могут — снижать нагрузку при рутинных операциях и статичных нагрузках, уменьшать утомляемость, увеличивая эффективность без каких-либо серьезных сопутствующих затрат — их применение помогает снизить нагрузку на мышцы и суставы, минимизирует риск травм у работников, которым необходимо постоянно переносить или держать тяжелые предметы, подолгу находиться в неудобном положении.
В киноиндустрии и в армии используются аналогичные устройства, оптимизированные для выполнения специфических задач. В медицине экзоскелеты получили широкое распространение, поскольку они помогают людям быстрее восстановиться после полученных травм или буквально помогают встать на ноги пациентам с параличом нижних конечностей.
Дальнейшее развитие технологии и снижение стоимости этих устройств будет способствовать их повсеместному внедрению, делая экзоскелеты еще одним привычным и незаменимым инструментом для производства и склада, в строительстве и ремонте, в работах по дому и саду.
Купите экзоскелеты SuitX в Top 3D Shop — получите преимущество перед конкурентами, увеличив производительность и возможности ваших сотрудников.