Bionic Humans: tehnologija eksoskeleta na novo določa meje

Oglas

V Jutri rob, Kritičen znanstvenofantastični film, ki je izšel to poletje, se vojaki borijo z vesoljci z električnimi eksoskeleti, ki povečujejo njihovo moč, hitrost in okretnost. Na srebrnem zaslonu, poleg eksplozij in tujih sovražnikov, se zdijo ideje kot hollywoodski izum, vendar je bližje resničnosti, kot bi si mislili.

Raziskave o eksoskeletu potekajo že več kot stoletje, kar je povzročilo številne izvedljive prototipe. Presenetljivo pa se manj osredotočajo na superčloveško moč in bolj na izboljšanje vzdržljivosti in kakovosti življenja. Raziskovalci na terenu vidijo prihodnost 4 tehnologije, ki bi lahko spremenile svetZdaj je tako vznemirljiv čas za življenje, saj znanost in tehnologija človeka napadeta s tako neverjetnimi hitrostmi. Kdo bi si pred desetimi leti mislil, da bomo imeli dostop z enim dotikom do vseh ... Preberi več kot maraton namesto šprinta.

Exo-History

Človeški eksoskeleti so se pojavili v znanstvenofantastične zgodbe sv petdesetih letih prejšnjega stoletja, vendar je prvi pravi eksoskelet izumil že pol stoletja prej ruski izumitelj Nicholas Yagn. Kljub državi prebivanja,

se je odločil za patent pri ameriškem patentnem uradu leta 1890. Svoj izum je označil za:

[…] Številne vzmeti so prilagojene tako, da podpirajo težo celega telesa in shranjujejo in kopičijo moč, ki jo ima, skupaj z močjo, ki jo ima tako zagon take mrtve teže, ko je v gibanje. - Nicholas Yagn, izumitelj

Njegov eksoskelet je uporabljal tudi »akumulatorje stisnjene tekočine« za shranjevanje energije. Kot je povedal Nicholas, je njegov izum uporabnikom omogočil boljšo gibljivost in zmanjšal obremenitev teka in skakanja po telesu. Oprostite, ljubitelji pare punkov; to ni bil stroj za poganjanje z zobniki.

Prvi električni eksoskelet, imenovan Hardiman, je razvil General Electric v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Obleka je bila masivna in brkasta, podobna množičnim bojniškim oblekam, ki so jih predvidevali avtorji znanstvene fantastike. Zasnovan je bil za bistveno povečanje uporabnikove moči, vendar izumitelji niso nikoli povsem prikrajšali krmil in potreb po moči. Kot je navedeno v končnem poročilu projekta:

Problem vmesnika človek-stroj v prototipu Hardiman I je bil hud. Visoka moč moči, zapletenost sistema z več spoji in intimna sklopitev človeka in stroja so nalagale številne oblikovne omejitve in povzročile velike zahteve obstoječi tehnologiji.

Neuspeh Hardimana je pokazal izjemno težavo pri razvoju eksoskeleta s tehnologijo tiste dobe. Drugi poskus je bil izveden šele v začetku devetdesetih let, ko so raziskovalci v Kawasakiju začeli delati na Moč Assist Suit [odstranjen URL odstranjen], eksoskelet, zasnovan za pomoč medicinskim strokovnjakom, da se premikajo negibno bolniki.

Po prelomu stoletja je prišlo do eksplozije novega razvoja. Japonsko podjetje Cyberdyne je predstavilo eksoskelet HAL-3, Berkeley je razvil eksoskelet spodnjega dela telesa, imenovan Bleex, da bi vojakom pomagal prenašati težke tovore na dolge razdalje in Honda je sestavila par eksoskeletov spodnjega dela telesa, namenjenih delno mobilnim ljudem, ki bi sicer potrebovali trsko ali sprehajalce.

Napajanje

Neuspeli projekt Hardiman je takšna obleka, ki jo večina ljudi pomisli, ko jim rečejo, da si predstavljajo eksoskelet. Mnogi od nas se spominjajo slik iz fikcije, na primer slavnega eksoskeleta, ki ga je pilotiral Sigourney Weaver (ali bolje rečeno kaskader, skrit za njo) v Tujci.

Obsežen eksoskelet lahko zagotovo navduši občinstvo, vendar je njegova praktična uporaba omejena. Baterijam še vedno primanjkuje vzdržljivosti, ki je potrebna za napajanje zverinega stroja za daljše časovno obdobje, velik eksoskelet pa ne naredi veliko, da viličar, žerjav ali drugo vozilo ne morejo doseči. Sodobni eksoskeleti se osredotočajo na izboljšanje človeka na praktične načine, ki jih je mogoče uporabiti vsak dan v različnih situacijah.

Eden najnovejših modelov je univerzalni nosilec človeškega tovora ali HULC, vojaški eksoskelet, ki ga je Lockheed-Martin zasnoval za izboljšanje fizičnih sposobnosti vojakov. Osnovna ideja, kot je povedal vodja programa Jim Ni in podrobno naveden v sporočilu za javnost podjetja, je povečati vzdržljivost in moč, hkrati pa zmanjšati tveganje za poškodbe.

Vojakom [HULC] omogoča, da počnejo stvari, ki jih danes ne zmorejo, hkrati pa jim pomagajo zaščititi pred poškodbami mišično-skeletnega sistema. - Jim Ni, vodja programa HULC

To se ne sliši veliko drugače kot koristi, ki jih je Nicholas Yagn trdil za svoj eksoskelet pred več kot stoletjem, vendar sodobna tehnologija pomeni, da lahko raziskovalci to idejo bolje uresničijo. HULC lahko prodajalcem pomaga nositi tovor do 200 kilogramov po različnih terenih, hkrati pa zmanjša tveganje za poškodbe, ki bi vojaka lahko upočasnile na terenu. Baterije napajajo eksoskelet, ki tehta več kot petdeset kilogramov, življenjska doba pa se lahko s posebno opremo podaljša do 72 ur.

Toda Lockheed-Martin ni edino podjetje na tem področju. Raytheon je zadnjih osem let razvil XOS, ki upa, da bo izpolnil enako vlogo kot HULC. Za razliko od svojega konkurenta XOS pokriva pomemben del uporabnikovega spodnjega in zgornjega dela telesa. Njeni izumitelji navajajo podobno največjo nosilnost vsaj 200 kilogramov, vendar se moč okrepi na roke, ki lahko z malo truda zadržijo do petdeset kilogramov.

Ne samo za vojake

Na Japonskem Cyberdyne nadaljuje z razvojem eksoskeleta HAL-5. Za razliko od svojih ameriških vrstnikov je ta naprava zgrajena za civilno in ne vojaško uporabo. Podjetje raziskuje več modelov, ki jih uporabljajo industrijski delavci, odziv na katastrofe osebni in zdravstveni strokovnjaki.

Model spodnjih okončin, zasnovan za pomoč pri rehabilitaciji oseb z motnjami, povezanimi s poškodbami, je odobren za uporabo v Evropi in se uporablja v kliničnih preskušanjih. Prvo sojenje, dokončana aprila letos, kaže, da eksoskelet zagotavlja "zelo pomembno izboljšanje" mobilnosti pri nošenju in tudi s časom izboljša sposobnost istega pacienta za gibanje brez eksoskelet. Vendar pa je bilo v raziskavo vključenih le osem bolnikov, zato je treba narediti več dela, da se potrdijo prednosti HAL-a.

Še en civilni eksoskelet, ki prejema pozornost, je ReWalk, eksoskelet spodnjega telesa, ki ustreza vlogi, podobni HAL. ReWalk uporablja motorje z majhno močjo, da pomaga pri mobilnosti, hkrati pa nudi celodnevno življenjsko dobo baterije. Za razliko od HAL-a je treba ReWalk uporabljati s palicami, vendar je tudi v razvoju in je bil odobren v več državah. ReWalk se lahko uporablja za rehabilitacijo ali pa ga kupite za osebno uporabo kot alternativo za invalidski voziček ali skuter.

Baterije niso vključene

FORTIS, ki so ga šele začeli testirati letos, je najnovejši eksoskelet Lockheed-Martin. Čeprav prvi krog testiranja izvaja mornarica, je ta eksoskelet, za razliko od HULC-a, namenjen le civilni uporabi. Okrepi uporabnikovo telo in zmanjša obremenitev s težkim orodjem, ki ga mehanika mornarice pogosto uporablja za popravilo ladij.

Z nošenjem eksoskeleta FORTIS lahko izvajalci zadržijo težo teh težkih orodij dlje časa z zmanjšano utrujenostjo. - Adam Miller, direktor novih pobud, Lockheed-Martin

FORTIS sicer primanjkuje baterij, čeprav ima baterije. Uporabnikom lahko pomaga brez napora do 36 kilogramov. To se na začetku morda ne sliši veliko, vendar ne pozabite, da mehaniki takšna orodja uporabljajo ure ure vsak dan. Vsaka velika teža lahko postane utrujajoča že po nekaj minutah. Eksoskelet pomaga tudi pri prenašanju teh obremenitev na tla, zmanjšuje obremenitev na hrbtu in nogah uporabnika.

Ta vrsta eksoskeleta, če bi se izkazala za uspešno, bi lahko pomenila velik napredek za gradbene in industrijske delavce, ki morajo čez dan večkrat dvigovati skromne tovore. Poškodbe na delovnem mestu so še vedno pogoste na teh področjih in sčasoma lahko zelo zmanjšajo kakovost življenja veteranov teh področij.

Pomanjkanje moči FORTIS-a prav tako zmanjšuje zapletenost in stroške, zaradi česar je ideja bolj privlačna za široko uporabo. Kljub temu je FORTIS še vedno zelo zgodaj v svojem razvoju; prvič je bil objavljen šele prejšnji mesec. Večina drugih projektov za eksoskelet se razvija že leta, ponekod pa tudi desetletja, tako da ima ta projekt še kako pot.

Še vedno človek, a boljši

Fokus sodobnega eksoskeleta se je preusmeril iz povečanja moči in hitrosti v povečanje vzdržljivosti. V tem smislu cilj ni, da nas naredijo veliko hitrejše ali močnejše kot prej, ampak nas naredi bolj vzdržljive in izboljša našo kakovost življenja. Ta pristop sicer ni glamurozen, vendar ima smisel; z dvigalom smo osvojili težke tovore.

Poškodba in izčrpanost sta vendar še nasprotnika, ki ju še moramo premagati. Utrujen, ranjen vojak bo verjetno upočasnil celotno enoto in se je manj sposoben odzivati ​​na grožnje, in ocena iz leta 2013 za ugotovljene poškodbe na delovnem mestu samo v ZDA stanejo do 250 milijard dolarjev letno. Zmanjšanje naprezanja in povečanje vzdržljivosti lahko koristita vsem, ki jih pehota v boju nosi do zdravstvenih delavcev premikanje bolnikov med posteljami, zato bomo verjetno videli, da bodo eksoskeleti nadaljevali nov pristop v prihodnosti desetletje. Zunanji skelet nam ne bo dal super človeške moči ali bliskovite hitrosti - vsaj ne kmalu. Ampak pomagali nam bodo živeti dlje, boljše življenje Kako lahko tehnologija vpliva na človekovo evolucijoNi niti enega vidika človeške izkušnje, ki se je tehnologija, vključno z našimi telesi, ni dotaknila. Preberi več .

Kreditna slika: Lockheed-Martin, Cyberdyne