Oameni bionici: tehnologia exoscheletului este redefinirea limitelor

Publicitate

În Edge of Tomorrow, Un film de science-fiction apreciat critic, lansat în această vară, soldații luptă cu extratereștrii cu exoscheletele cu putere care le îmbunătățesc rezistența, viteza și agilitatea. Pe ecranul de argint, alături de explozii și dușmani de altă natură, ideile par o invenție de la Hollywood - dar este mai aproape de realitate decât credeți.

Cercetările cu exoschelet au fost în curs de peste un secol, rezultând într-o serie de prototipuri viabile. Totuși, în mod surprinzător, acestea se concentrează mai puțin pe forța super-umană și mai mult pe îmbunătățirea rezistenței și a calității vieții. Cercetătorii din domeniu văd viitorul 4 tehnologii care ar putea schimba lumeaÎn momentul de față este un moment atât de interesant pentru a fi în viață, deoarece știința și tehnologia rănesc omenirea înaintea unor viteze atât de incredibile. Cine ar fi crezut în urmă cu zece ani că vom avea un singur acces la toate ... Citeste mai mult ca maraton în loc de sprint.

Exo-Istoric

Exoscheletele umane au apărut în povestiri science fiction sîn anii 1950, dar primul exoschelet real a fost inventat cu peste o jumătate de secol mai devreme de inventatorul rus Nicholas Yagn. În ciuda țării de reședință, a decis să depună un brevet la Oficiul de Brevete din Statele Unite în 1890. El a descris invenția sa ca:

[...] un număr de arcuri adaptate pentru a sprijini greutatea întregului corp și a depozita și a acumula puterea exercitată prin aceasta, împreună cu puterea exercitată de impulsul unei astfel de greutăți moarte atunci când se află mişcare. - Nicholas Yagn, inventator

Exoscheletul său a folosit, de asemenea, „acumulatori de lichid comprimat” pentru stocarea energiei. Potrivit lui Nicholas, invenția sa le-a oferit utilizatorilor o mobilitate mai bună și a redus eforturile de alergare și sărituri pe corp. Îmi pare rău, fani cu aburi; aceasta nu era o mașină de moarte condusă de angrenaj.

Primul exoschelet alimentat, numit Hardiman, a fost dezvoltat de General Electric la sfârșitul anilor '60. Masiv și brutal, costumul semăna foarte mult cu costumele de luptă masive preconizate de autorii de știință. Acesta a fost conceput pentru a amplifica în mod substanțial puterea utilizatorului, dar inventatorii săi nu au lăsat niciodată curat controlul și cerințele de putere. După cum se spune în raportul final al proiectului:

Problema interfeței om-mașină din prototipul Hardiman I a fost una severă. Câștigul de putere ridicat, complexitatea sistemului cu mai multe articulații și cuplarea intimă a bărbatului și mașinii au impus multe constrângeri de proiectare și au făcut solicitări mari tehnologiei existente.

Eșecul lui Hardiman a demonstrat dificultatea extremă de a dezvolta un exoschelet cu tehnologia acelei epoci. O altă încercare nu a fost făcută până la începutul anilor 1990, când cercetătorii de la Kawasaki au început să lucreze la Putere Assist Suit [URL ruptă eliminată], un exoschelet conceput pentru a ajuta profesioniștii medicali să se deplaseze imobile pacienți.

O explozie de dezvoltare nouă s-a produs după sfârșitul secolului. Compania japoneză Cyberdyne a introdus conceptul de exoschelet HAL-3, Berkeley a dezvoltat un exoschelet inferior al corpului numit Bleex pentru a ajuta soldații să poarte sarcini grele pe distanțe lungi, și Honda a pus laolaltă o pereche de exoscheleturi inferioare ale corpului, concepute pentru persoanele parțial mobile, care altfel ar putea avea nevoie de un baston sau de mers.

Porniți

Proiectul Hardiman eșuat este genul de costum la care se gândesc cei mai mulți atunci când li se spune să-și imagineze un exoschelet. Mulți dintre noi amintim imagini din ficțiune, cum ar fi celebrul exoschelet pilotat de Sigourney Weaver (sau mai bine zis, cascadorul ascuns în spatele ei) în Străinii.

Un exoschelet masiv poate cu siguranță să trezească o audiență, dar utilizarea sa practică este limitată. Bateriile încă nu au rezistența necesară pentru a alimenta o mașină bestială pentru perioade îndelungate de timp, iar un exoschelet mare nu face prea mult un stivuitor, macara sau un alt vehicul nu le poate realiza deja. Exoscheletele moderne se concentrează pe îmbunătățirea oamenilor în moduri practice care pot fi de folos în fiecare zi într-o varietate de situații.

Unul dintre cele mai recente modele este Human Universal Carrier Carrier, sau HULC, un exoschelet militar conceput de Lockheed-Martin pentru a spori considerabil capacitățile fizice ale soldaților. Ideea de bază, după cum a declarat managerul de program Jim Ni și detaliat într-un comunicat de presă al companiei, este de a crește rezistența și puterea, reducând totodată riscul de rănire.

Aceasta [HULC] le permite soldaților să facă lucruri pe care nu le pot face astăzi, ajutând în același timp să îi protejeze de rănile musculo-scheletice. - Jim Ni, manager de program HULC

Acest lucru nu sună mult diferit de avantajele pe care Nicholas Yagn le-a pretins pentru exoscheletul său în urmă cu un secol, dar tehnologia modernă înseamnă că cercetătorii pot realiza mai bine ideea. HULC poate ajuta soldații să poarte sarcini de până la 200 de kilograme pe diverse terenuri, reducând în același timp riscul de răni care ar putea încetini un soldat pe câmp. Bateriile alimentează exoscheletul, care cântărește peste cincizeci de kilograme, iar durata de viață se poate prelungi până la 72 de ore cu echipamente speciale.

Dar Lockheed-Martin nu este singura companie din acest domeniu. Raytheon a petrecut ultimii opt ani dezvoltând XOS, care speră să îndeplinească același rol ca HULC. Spre deosebire de concurentul său, XOS acoperă o parte substanțială din partea inferioară și superioară a utilizatorului. Inventatorii săi citează o capacitate de transport maximă similară de cel puțin 200 de kilograme, dar îmbunătățirea rezistenței se extinde asupra brațelor, care pot ține până la cincizeci de kilograme cu puțin efort.

Nu doar pentru soldați

Între timp, în Japonia, Cyberdyne a continuat dezvoltarea exoscheletului său HAL-5. Spre deosebire de colegii săi americani, acest dispozitiv este construit pentru uz civil și nu militar. Compania cercetează mai multe modele utilizate pentru lucrătorii industriali, răspunsul la dezastre personal și personal medical.

Un model de membre inferioare, conceput pentru a ajuta la reabilitarea persoanelor cu probleme de mobilitate legate de leziuni, a fost aprobat pentru utilizare în Europa și este utilizat în studiile clinice. Primul proces, finalizată în aprilie a acestui an, sugerează că exoscheletul oferă o „îmbunătățire extrem de semnificativă” a mobilității atunci când este uzat și, de asemenea,, cu timpul, îmbunătățește capacitatea aceluiași pacient de a se deplasa fără exoscheletul. Doar opt pacienți au făcut parte din studiu, totuși, trebuie depuse mai multe lucrări pentru a confirma beneficiile HAL.

Un alt exoschelet civil care primește atenție este ReWalk, un exoschelet inferior al corpului care se potrivește cu un rol similar cu HAL. ReWalk utilizează motoare cu putere mică pentru picioare pentru a ajuta mobilitatea, oferind în același timp o durată de viață a bateriei. Spre deosebire de HAL, ReWalk trebuie utilizat cu baston, dar este în continuare în curs de dezvoltare și a fost aprobat în mai multe țări. ReWalk poate fi folosit pentru reabilitare sau poate fi achiziționat pentru uz personal, ca alternativă la un scaun cu rotile sau scuterul alimentat.

Bateriile nu sunt incluse

FORTIS, care tocmai a început testarea în acest an, este cel mai nou exoschelet Lockheed-Martin. Deși prima rundă de teste este realizată de către armată, acest exoschelet, spre deosebire de HULC, este destinat numai pentru uz civil. Acesta consolidează corpul utilizatorului, reducând efortul de manipulare a uneltelor grele Mecanica armată pe care o folosesc adesea pentru repararea navelor.

Prin purtarea exoscheletului FORTIS, operatorii pot ține greutatea acelor instrumente grele pentru perioade îndelungate de timp cu oboseală redusă. - Adam Miller, directorul noilor inițiative, Lockheed-Martin

În timp ce îi lipsește bateriile, FORTIS are abilități impresionante. Poate ajuta utilizatorii să țină până la 36 de kilograme „fără efort”. S-ar putea să nu sune prea mult la început, dar amintiți-vă că mecanicii folosesc astfel de instrumente ore în fiecare zi. Orice greutate substanțială poate deveni obositoare după câteva minute. Exoscheletul ajută, de asemenea, la transferul acestor sarcini la sol, reducând încordarea pe spatele și picioarele utilizatorului.

Acest tip de exoschelet, în cazul în care se dovedește a fi de succes, ar putea fi un element important pentru lucrătorii din construcții și din industrie, care trebuie să ridice încărcături modeste în mod repetat pe parcursul zilei. Leziunile legate de muncă sunt încă frecvente în aceste domenii și, în timp, pot reduce considerabil calitatea vieții pentru veteranii acestor domenii.

Lipsa de putere a FORTIS reduce, de asemenea, complexitatea și costurile, ceea ce face ideea mai plăcută pentru implementarea pe scară largă. Cu toate acestea, FORTIS este încă foarte timpuriu în dezvoltarea sa; a fost anunțat pentru prima dată chiar luna trecută. Majoritatea celorlalte proiecte de exoschelet sunt în dezvoltare de ani buni și, în unele cazuri, zeci de ani, astfel încât acest proiect mai are un drum de parcurs.

Totuși uman, dar mai bine

Focalizarea exoscheletului modern s-a mutat de la îmbunătățirea rezistenței și vitezei la îmbunătățirea rezistenței. În acest sens, scopul nu este de a ne face mai repede sau mai puternici decât înainte, ci de a ne face mai durabili și de a ne îmbunătăți calitatea vieții. Deși nu este glamour, această abordare are sens; am cucerit ridicarea sarcinilor grele cu stivuitorul.

Cu toate acestea, vătămarea și epuizarea sunt dușmani pe care încă nu trebuie să îi învingem. Un soldat obosit și rănit este probabil să încetinească întreaga unitate și este mai puțin capabil să răspundă amenințărilor, și o estimare din 2013 găsite răni la locul de muncă costă până la 250 de miliarde de dolari anual numai în Statele Unite. Reducerea încordării și creșterea rezistenței poate beneficia de toată lumea de infanterie în luptă cu lucrătorii din domeniul sănătății mutarea pacienților între paturi, așa că vom vedea că exoscheletele vor continua această nouă abordare în viitor deceniu. Exoscheletele nu ne vor oferi forță super-umană sau viteză de aprindere - cel puțin nu în curând. Dar ne vor ajuta să trăim mai mult, vieți mai bune Modul în care tehnologia poate influența evoluția umanăNu există un singur aspect al experienței umane care nu a fost atins de tehnologie, inclusiv de corpurile noastre. Citeste mai mult .

Credit imagine: Lockheed-Martin, Cyberdyne