Bionic Humans: Exoskeleton Technology redefinuje limity

Reklama

v Hrana zajtrajška, kriticky uznávaný film sci-fi vydaný toto leto, vojaci bojujú proti mimozemšťanom pomocou exoskeletónov, ktoré zvyšujú ich silu, rýchlosť a obratnosť. Na striebornej obrazovke, vedľa výbuchov a iných svetových nepriateľov, sa nápady javia ako hollywoodsky vynález - ale je to bližšie k realite, ako by ste si mysleli.

Výskum v oblasti exoskeletu prebieha už viac ako storočie, čoho výsledkom je množstvo životaschopných prototypov. Prekvapivo sa však menej zameriavajú na nadľudskú silu a viac na zlepšenie vytrvalosti a kvality života. Vedci v tejto oblasti pozri budúcnosť 4 Technológie, ktoré môžu zmeniť svetPráve teraz je taký vzrušujúci čas na prežitie, pretože veda a technológia vplývajú ľudstvo vpred takým neuveriteľným tempom. Kto by si pred desiatimi rokmi myslel, že by sme mali jediný prístup na všetky ... Čítaj viac ako maratón namiesto sprintu.

Exo-History

Ľudské exoskeletóny sa objavili v roku 2005 sci-fi príbehy sv päťdesiatych rokoch, ale prvý skutočný exoskeletón vymyslel ruský vynálezca Nicholas Yagn pred viac ako polstoročím. Napriek svojej krajine pobytu

rozhodol sa podať patent na Patentovom úrade Spojených štátov v roku 1890. Svoj vynález opísal ako:

[…] Niekoľko pružín prispôsobených na nesenie váhy celého tela a na ich ukladanie a akumuláciu sila vyvíjaná týmto spôsobom, spolu s výkonom vyvíjaným hybnou silou tejto mŕtvej váhy, keď je v motion. - Nicholas Yagn, vynálezca

Jeho exoskelet použil aj akumulátory energie na skladovanie energie. Podľa Nicholas, jeho vynález dal užívateľom lepšiu mobilitu a znížil záťaž behania a skákania na tele. Prepáčte, parné punkové ventilátory; toto nebol stroj smrti poháňaný výstrojom.

Prvý poháňaný exoskelet, nazývaný Hardiman, bol vyvinutý spoločnosťou General Electric koncom 60. rokov. Oblek bol masívny a brutálny a vyzeral ako masívne bojové obleky, ktoré si predstavili autori sci-fi. Bol navrhnutý tak, aby podstatne zosilnil silu používateľa, ale jeho vynálezcovia nikdy úplne nezmenili požiadavky na ovládanie a výkon. Ako sa uvádza v záverečnej správe projektu:

Problém rozhrania človek-stroj v prototype Hardiman I bol závažný. Vysoký zisk, zložitosť viaczložkového systému a intímne spojenie človeka so strojom vyvolali mnohé konštrukčné obmedzenia a kladli vysoké nároky na existujúcu technológiu.

Zlyhanie Hardimanu ukázalo extrémne ťažkosti s vývojom exoskeletu s technológiou tej doby. Ďalší pokus sa uskutočnil až začiatkom 90. rokov, keď vedci v Kawasaki začali pracovať na moci Assist Suit [Broken URL Removed], exoskelet navrhnutý na pomoc zdravotníckym pracovníkom pohybovať imobilne pacienti.

Po prelome storočia došlo k explózii nového vývoja. Japonská spoločnosť Cyberdyne predstavila koncept exoskeletu HAL-3. Berkeley vyvinula exoskelet pod spodnou časťou tela nazývaný Bleex, ktorý pomáha vojakom prenášať ťažké bremená na veľké vzdialenosti a spoločnosť Honda zostavila pár spodných exoskeletónov určených pre čiastočne mobilných ľudí, ktorí by inak mohli potrebovať trstinu alebo chodítko.

Napájanie

Neúspešný projekt Hardiman je typom obleku, ktorý väčšina ľudí napadne, keď si povie, že si predstavuje exoskelet. Mnohí z nás si pamätajú obrázky z beletrie, ako napríklad slávny exoskelet, ktorý pilotuje Sigourney Weaver (alebo skôr kaskadér skrytý za ňou) v Aliens.

Obrovský exoskeleton určite dokáže diváka nadchnúť, ale jeho praktické využitie je obmedzené. Batériám stále chýba vytrvalosť potrebná na napájanie zvieracieho stroja na dlhú dobu a veľký exoskeleton nedokáže dosiahnuť vysokozdvižný vozík, žeriav alebo iné vozidlo, ktoré už nie je možné dosiahnuť. Moderné exoskeletóny sa zameriavajú na vylepšovanie ľudí praktickými spôsobmi, ktoré môžu byť každý deň použiteľné v rôznych situáciách.

Jedným z najnovších návrhov je Human Universal Load Carrier alebo HULC, vojenský exoskelet navrhnutý Lockheed-Martinom na výrazné zvýšenie fyzických schopností vojakov. Základná myšlienka, ako uviedol programový manažér Jim Ni a podrobne opísané v tlačovej správe spoločnosti, znamená zvýšenie výdrže a sily a zároveň zníženie rizika zranenia.

[HULC] umožňuje vojakom robiť veci, ktoré dnes nemôžu robiť, a zároveň ich chráni pred poraneniami pohybového ústrojenstva. - Jim Ni, manažér programu HULC

Neznie to príliš odlišne od výhod, ktoré Nicholas Yagn pre svoj exoskelet získal pred sto rokmi, ale moderné technológie znamenajú, že vedci si môžu tento nápad lepšie uvedomiť. HULC môže pomôcť vojakom prenášať zaťaženie až 200 libier na rôzne terény a zároveň minimalizovať riziko zranení, ktoré by mohli spomaliť vojaka v teréne. Batérie poháňajú exoskelet, ktorý váži viac ako päťdesiat libier a životnosť sa môže pomocou špeciálneho vybavenia predĺžiť až na 72 hodín.

Lockheed-Martin však nie je jedinou spoločnosťou v tejto oblasti. Raytheon strávil posledných osem rokov vývojom systému XOS, ktorý dúfa, že bude plniť rovnakú úlohu ako HULC. Na rozdiel od svojho konkurenta však XOS pokrýva podstatnú časť spodnej a hornej časti tela používateľa. Jeho vynálezcovia citujú podobnú maximálnu nosnosť najmenej 200 libier, ale zvýšenie pevnosti sa týka aj ramien, ktoré dokážu držať až päťdesiat libier s malým úsilím.

Nie iba pre vojakov

V Japonsku medzitým Cyberdyne pokračoval vo vývoji svojho exoskeletu HAL-5. Na rozdiel od svojich amerických kolegov je toto zariadenie skonštruované skôr na civilné ako vojenské účely. Spoločnosť skúma niekoľko modelov používaných priemyselnými pracovníkmi, reakcia na katastrofu osobných a zdravotníckych odborníkov.

Model dolných končatín určený na pomoc pri rehabilitácii ľudí, ktorí majú problémy s pohybom v dôsledku zranenia, bol schválený na použitie v Európe a používa sa pri klinických skúškach. Prvý súd, dokončená v apríli tohto roku, naznačuje, že exoskeleton poskytuje „veľmi významné zlepšenie“ mobility pri nosení a časom tiež zlepšuje schopnosť pacienta pohybovať sa bez exoskeleton. Súčasťou štúdie bolo iba osem pacientov, takže na potvrdenie prínosu HAL sa musí vykonať viac práce.

Ďalším civilným exoskeletom, ktorý dostáva pozornosť, je ReWalk, exoskelet dolného tela, ktorý sa hodí na rolu podobnú HAL. ReWalk používa nízko-výkonové nožné motory, ktoré pomáhajú pri mobilite a zároveň ponúkajú celodennú výdrž batérie. Na rozdiel od HAL sa musí ReWalk používať s palicami, ale je to tiež jeho ďalší vývoj a bol schválený v niekoľkých krajinách. ReWalk je možné použiť na rehabilitáciu alebo si ho môžete kúpiť na osobné použitie ako alternatívu k invalidnému vozíku alebo elektrickému skútru.

Batérie nie sú súčasťou balenia

FORTIS, ktorá sa začala testovať tento rok, je najnovším exoskeletom spoločnosti Lockheed-Martin. Hoci prvé kolo testovania vykonáva námorníctvo, tento exoskelet je na rozdiel od HULC určený iba na civilné použitie. Posilňuje telo používateľa a znižuje namáhanie pri manipulácii s ťažkými nástrojmi, ktoré mechanika námorníctva často používa na opravu lodí.

Nosením exoskeletu FORTIS môžu operátori držať váhu týchto ťažkých nástrojov dlhšiu dobu so zníženou únavou. - Adam Miller, riaditeľ nových iniciatív, Lockheed-Martin

Aj keď nemá batérie, FORTIS má pôsobivé schopnosti. Pomáha používateľom držať až 36 libier „bez námahy“. To nemusí znieť ako prvé, ale nezabudnite, že mechanici používajú takéto nástroje každý deň celé hodiny. Akákoľvek podstatná hmotnosť sa môže po niekoľkých minútach unaviť. Exoskelet tiež pomáha prenášať tieto záťaže na zem, čím znižuje zaťaženie chrbta a nôh používateľa.

Tento typ exoskeletu, ak sa preukáže ako úspešný, by mohol byť veľkým prínosom pre stavebných a priemyselných pracovníkov, ktorí musia opakovane zdvíhať skromné ​​bremená počas celého dňa. Pracovné úrazy sú v týchto oblastiach stále bežné a postupom času môžu značne znížiť kvalitu života veteránov v týchto oblastiach.

Nedostatok sily FORTIS-u tiež znižuje zložitosť a náklady, vďaka čomu je myšlienka prijateľnejšia pre rozsiahle nasadenie. Napriek tomu je FORTIS stále veľmi skoro vo vývoji; prvýkrát to bolo oznámené minulý mesiac. Väčšina ďalších exoskeletových projektov sa vyvíja už roky a v niektorých prípadoch aj desaťročia, takže tento projekt musí ešte len prejsť.

Stále človek, ale lepšie

Zameranie moderného exoskeletu sa posunulo od zvyšovania sily a rýchlosti k zvyšovaniu výdrže. V tomto zmysle cieľom nie je, aby sme boli omnoho rýchlejšie a silnejší ako predtým, ale aby sme boli odolnejší a zlepšili kvalitu nášho života. Aj keď to nie je očarujúce, tento prístup má zmysel; zdolali sme zdvíhanie ťažkých bremien pomocou vysokozdvižného vozíka.

Úrazy a vyčerpanie sú však nepriatelia, ktorých ešte musíme poraziť. Unavený zranený vojak pravdepodobne spomalí celú svoju jednotku a je menej schopný reagovať na hrozby, a odhad z roku 2013 zistil počet pracovných úrazov iba v Spojených štátoch stojí náklady až 250 miliárd dolárov ročne. Zníženie námahy a zvýšenie vytrvalosti môžu mať z bitky pre všetkých zdravotníckych pracovníkov prínos pre všetkých premiestňovanie pacientov medzi posteľami, takže pravdepodobne uvidíme, že exoskeletóny budú v novom prístupe pokračovať aj v budúcnosti desaťročia. Exoskeletóny nám nedajú nadľudskú silu ani rýchlosť horenia - aspoň nie skoro. ale pomôžu nám žiť dlhšie, lepšie životy Ako môže technológia ovplyvňovať ľudský vývojNeexistuje jediný aspekt ľudskej skúsenosti, na ktorý sa technológia nedotkla, vrátane našich samotných tiel. Čítaj viac .

Obrázok Kredit: Lockheed-Martin, Cyberdyne