Bionski ljudi: tehnologija egzoskeleta redefinira granice

Oglas

U Rub sutrašnjice, kritički priznati znanstvenofantastični film objavljen ovog ljeta, vojnici se bore protiv stranaca s pogonom egzoskeleta koji povećavaju njihovu snagu, brzinu i okretnost. Na srebrnom ekranu, pored eksplozija i vanzemaljskih neprijatelja, ideje izgledaju kao holivudski izum - ali bliži su stvarnosti nego što biste mislili.

Istraživanja egzoskeleta provode se već više od jednog stoljeća, što je rezultiralo nizom održivih prototipa. Iznenađujuće se ipak manje fokusiraju na super-ljudsku snagu, a više na poboljšanje izdržljivosti i kvalitete života. Istraživači na terenu vide budućnost 4 tehnologije koje bi mogle promijeniti svijetTrenutno je tako uzbudljivo vrijeme za život, jer znanost i tehnologija tjeraju čovječanstvo naprijed s tako nevjerojatnom brzinom. Tko bi prije deset godina pomislio da ćemo svima imati pristup jednim dodirom ... Čitaj više kao maraton umjesto sprinta.

Exo-Povijest

U njemu su se pojavili ljudski egzoskeleti znanstvenofantastične priče spočetkom 1950-ih, ali prvi pravi egzoskelet izumio je više od pola stoljeća ranije ruski izumitelj Nicholas Yagn. Unatoč svojoj zemlji prebivališta,

odlučio je podnijeti patent patentnom uredu Sjedinjenih Država 1890. god. Svoj je izum opisao kao:

[…] Nekoliko opruga prilagođenih da poduzmu težinu cijelog tijela i odlažu i sakupljaju tijelo snaga koja se na taj način vrši, zajedno sa snagom koju ima takav zamah kada je u pokret. - Nicholas Yagn, izumitelj

Njegov egzoskelet koristio je i "akumulatore komprimirane tekućine" za spremanje energije. Prema Nicholasu, njegov izum korisnicima je pružio bolju pokretljivost i smanjio naprezanje trčanja i skakanja po tijelu. Oprosti, obožavatelji steam-punka; ovo nije bio stroj za pogon zupčanika.

Prvi egzoskelet s pogonom, Hardiman, razvio je General Electric krajem 1960-ih. Odijelo je bilo masivno i brbljavo poput masivnih borbenih odijela što su ih zamislili autori znanstvene fantastike. Dizajniran je tako da značajno poboljša snagu korisnika, ali njegovi izumitelji nikada nisu u potpunosti pribili zahtjeve za kontrolom i napajanjem. Kao što je navedeno u završnom izvješću projekta:

Problem sučelja čovjek-stroj u prototipu Hardiman I bio je ozbiljan. Veliki dobitak snage, složenost sustava s više zglobova i intimna spojka čovjeka i stroja naložili su brojna dizajnerska ograničenja i postavili velike zahtjeve postojećoj tehnologiji.

Neuspjeh Hardimana pokazao je ekstremne poteškoće u razvoju egzoskeleta sa tehnologijom te ere. Drugi pokušaj nije napravljen sve do početka devedesetih, kada su istraživači u Kawasakiju započeli s radom na Snazi Odijelo za pomoć (uklonjen URL slomljenog URL-a), egzoskelet dizajniran za pomoć medicinskim stručnjacima da se kreću nepokretno pacijenata.

Eksplozija novog razvoja dogodila se nakon prijelaza stoljeća. Japanska tvrtka Cyberdyne uvela koncept egzoskeleta HAL-3, Berkeley je razvio egzoskelet donjeg dijela tijela nazvan Bleex kako bi pomogao vojnicima u prenošenju teških tereta na velike udaljenosti, a Honda je sastavila par egzoskeleta donjeg dijela tijela dizajniranih za djelomično pokretne ljude kojima bi inače mogla biti potrebna štap ili šetač.

Snaga

Neuspjeli Hardiman projekt je ona vrsta odijela koju većina ljudi pomisli kad im se kaže da zamisle egzoskelet. Mnogi od nas sjećaju se slike iz fikcije, poput slavnog egzoskeleta kojeg je upravljao Sigourney Weaver (ili bolje rečeno, kaskader skriven iza nje) u Stranci.

Masivan egzoskelet sigurno može zadiviti publiku, ali njegova praktična upotreba je ograničena. Baterijama još uvijek nedostaje izdržljivosti potrebne za napajanje zvijerne mašine za dugo vremena, a veliki egzoskelet ne čini mnogo viljuškara, dizalica ili drugog vozila koji se već ne mogu postići. Moderni egzoskeleti usredotočeni su na poboljšanje ljudi na praktične načine koji se mogu koristiti svaki dan u raznim situacijama.

Jedan od najnovijih dizajna je Univerzalni ljudski nosač tereta, ili HULC, vojni egzoskelet koji je dizajnirao Lockheed-Martin kako bi uvelike poboljšao fizičke sposobnosti vojnika. Osnovna ideja, kao što je izjavio voditelj programa Jim Ni i detaljno u priopćenju tvrtke, je za povećanje izdržljivosti i snage uz istovremeno smanjenje rizika od ozljeda.

Omogućuje vojnicima da rade stvari koje danas ne mogu, a istovremeno ih štiti od mišićno-koštanih ozljeda. - Jim Ni, voditelj programa HULC-a

To se ne razlikuje mnogo od koristi koju je Nicholas Yagn tvrdio za svoj egzoskelet prije više od jednog stoljeća, ali moderna tehnologija znači da istraživači mogu bolje realizirati tu ideju. HULC može pomoći prodavačima da nose teret do 200 kilograma po raznim terenima, a istovremeno minimiziraju rizik od ozljeda koje mogu usporiti vojnika na terenu. Baterije napajaju egzoskelet, težak preko pedeset kilograma, a životni vijek može se produljiti do 72 sata posebnom opremom.

No, Lockheed-Martin nije jedina tvrtka na ovom polju. Raytheon je proveo posljednjih osam godina razvijajući XOS, koji se nada da će ispuniti istu ulogu kao HULC. Za razliku od konkurencije, XOS pokriva značajan dio donjeg i gornjeg dijela tijela. Njeni izumitelji navode sličnu maksimalnu nosivost od najmanje 200 kilograma, ali pojačana snaga proteže se i na rukama, koje uz malo napora mogu izdržati do pedeset kilograma.

Ne samo za vojnike

U međuvremenu, u Japanu Cyberdyne je nastavio s razvojem svog eksoskeleta HAL-5. Za razliku od svojih američkih vršnjaka, ovaj je uređaj napravljen za civilnu, a ne vojnu upotrebu. Tvrtka istražuje nekoliko modela za upotrebu od strane industrijskih radnika, odgovor na katastrofu osobni i medicinski profesionalci.

Model s donjim udovima dizajniran za pomoć u rehabilitaciji osoba s poteškoćama u vezi s ozljedama odobren je za uporabu u Europi i koristi se u kliničkim ispitivanjima. Prvo suđenje, završen u travnju ove godine, sugerira da egzoskelet pruža "vrlo značajno poboljšanje" mobilnosti pri nošenju i također, s vremenom, poboljšava sposobnost istog pacijenta za kretanje bez egzoskelet. Međutim, samo je osam pacijenata bilo dio studije, pa je potrebno učiniti više posla kako bi se potvrdile prednosti HAL-a.

Još jedan civilni egzoskelet koji prima pažnju je ReWalk, egzoskelet donjeg tijela koji odgovara ulozi sličnoj HAL-u. ReWalk koristi motore s niskom snagom kako bi pomogao u pokretljivosti, nudeći cjelodnevni rad baterije. Za razliku od HAL-a, ReWalk se mora koristiti s šipkama, ali ima i daljnji razvoj i odobren je u nekoliko zemalja. ReWalk se može koristiti za rehabilitaciju ili se može kupiti za osobnu upotrebu kao alternativa invalidskim kolicima ili skuterima s pogonom.

Baterije nisu uključene

FORTIS, koji je tek počeo testirati ove godine, najnoviji je egzoskelet tvrtke Lockheed-Martin. Iako prvu rundu ispitivanja provodi mornarica, ovaj egzoskelet, za razliku od HULC-a, namijenjen je samo civilnoj uporabi. To ojačava tijelo korisnika, smanjujući napor pri rukovanju teškim alatima, mornarička mehanizacija često koristi za popravak brodova.

Nošenjem egzoskeleta FORTIS, operatori mogu držati težinu tog teškog alata duže vrijeme sa smanjenim umorom. - Adam Miller, direktor novih inicijativa, Lockheed-Martin

Iako mu nedostaju baterije, FORTIS ima impresivne sposobnosti. Korisnicima to može pomoći bez truda do 36 kilograma. To u početku možda ne zvuči previše, ali zapamtite da mehaničari takvim alatima koriste satima svakog dana. Bilo koja značajna težina može postati zamorna nakon nekoliko minuta. Egzoskelet također pomaže pri prebacivanju tih tereta na zemlju, smanjujući opterećenje na leđima i nogama korisnika.

Ova vrsta egzoskeleta, ako se pokaže uspješnom, mogla bi biti velika prednost građevinskim i industrijskim radnicima koji moraju svakodnevno dizati skromna opterećenja. Ozljede vezane uz rad još su česte na ovim područjima i s vremenom mogu u velikoj mjeri smanjiti kvalitetu života veterana tih polja.

Nedostatak snage FORTIS-a također smanjuje složenost i troškove, čineći ideju privlačnijom za široku primjenu. Ipak, FORTIS je vrlo rano u razvoju; prvi je put najavljen tek prošlog mjeseca. Većina ostalih projekata egzoskeleta razvijena je već godinama, a u nekim slučajevima i desetljećima, tako da ovaj projekt još uvijek ima svoj put.

Još uvijek čovjek, ali bolji

Fokus modernog egzoskeleta pomaknuo se s povećanja snage i brzine na povećanje izdržljivosti. U tom smislu cilj nije učiniti nas mnogo bržim ili jačim nego prije, već nas učiniti trajnijima i poboljšati našu kvalitetu života. Iako nije glamurozan, ovaj pristup ima smisla; osvojili smo dizanje teških tereta s viljuškarom.

Ozljede i iscrpljenost, međutim, neprijatelji smo koje smo tek trebali pobijediti. Umorni, ozlijeđeni vojnik vjerojatno će usporiti cijelu jedinicu i manje je sposoban reagirati na prijetnje, i procjena iz 2013. utvrđene ozljede na radnom mjestu koštaju i do 250 milijardi dolara godišnje samo u Sjedinjenim Državama. Smanjenje naprezanja i povećanje izdržljivosti mogu imati koristi od pešadije u borbi za zdravstvene radnike premještanje pacijenata između kreveta, tako da ćemo vjerojatno vidjeti da će egzoskeleti nastaviti ovaj novi pristup u narednom periodu desetljeće. Egzoskeleti nam neće dati super-ljudsku snagu ili brzu brzinu - barem ne uskoro. Ali oni će nam pomoći da živimo duže, bolje živote Kako tehnologija može utjecati na čovjekovu evolucijuNe postoji niti jedan aspekt ljudskog iskustva kojeg tehnologija nije dotaknula, uključujući ni naša tijela. Čitaj više .

Kreditna slika: Lockheed-Martin, Cyberdyne