Et halvt århundrede efter starten af arbejdet inden for eksoskeletoner er de første prøver af dette udstyr klar til at gå til fuldgyldigt arbejde. Lockheed Martin pralede for nylig, at dets HULC (Human Universal Load Carrier) -projekt ikke kun er blevet testet i felten med Pentagon, men er klar til serieproduktion. Exoskeleton HULC "trækker nu vejret i ryggen" af flere lignende projekter fra andre virksomheder. Men sådan en overflod af designs var ikke altid.
Faktisk dukkede ideen op om at skabe enhver enhed, der kunne bæres af en person og markant forbedre hans fysiske kvaliteter i første halvdel af forrige århundrede. Men indtil et bestemt tidspunkt var det bare endnu en forestilling om science fiction -forfattere. Udviklingen af et praktisk anvendeligt system blev først startet i slutningen af halvtredserne. General Electric, i regi af det amerikanske militær, lancerede et projekt kaldet Hardiman. Den tekniske opgave var fed: eksoskeletet fra GE skulle give en person mulighed for at operere med belastninger på op til halvandet tusinde pund (ca. 680 kilo). Hvis projektet blev gennemført med succes, ville Hardiman exoskeleton have store perspektiver. Så militæret havde til hensigt at bruge ny teknologi til at lette arbejdet med våbensmede i luftvåbnet. Derudover var atomforskere, bygherrer og repræsentanter for mange andre industrier "i kø". Men selv ti år efter programmets start har ingeniørerne i General Electric ikke været i stand til at oversætte alt, hvad der blev tænkt til metal. Flere prototyper blev bygget, herunder en fungerende mekanisk arm. Hardymenes enorme klo var hydraulisk drevet og kunne løfte 750 pund belastning (ca. 340 kg). På basis af en brugbar "handske" var det muligt at oprette en anden. Men designerne stod over for et andet problem. De mekaniske "ben" på eksoskelet ville ikke fungere ordentligt. Hardiman -prototypen med en arm og to støtteben vejede under 750 kilo, mens den maksimale designkapacitet var mindre end dens egen vægt. På grund af denne vægt og særegenheder ved centrering af exoskeletet, begyndte hele strukturen ofte at vibrere, når det løftede lasten, hvilket førte til væltning flere gange. Med bitter ironi kaldte projektforfatterne dette fænomen "den mekaniske dans af St. Vitus". Uanset hvor hårdt designerne af General Electric kæmpede, formåede de ikke at klare justeringen og vibrationerne. Allerede i begyndelsen af 70'erne blev Hardiman -projektet lukket.
I de efterfølgende år gik arbejdet i retning af eksoskeletoner inaktivt. Fra tid til anden begyndte forskellige organisationer at håndtere dem, men næsten altid fulgte det ønskede resultat ikke. Samtidig var formålet med at skabe et eksoskelet ikke altid dets militære anvendelse. I 70'erne udviklede medarbejdere ved Massachusetts Institute of Technology uden særlig succes udstyr af denne klasse, designet til rehabilitering af handicappede med skader i bevægeapparatet. Desværre kom ingeniørerne på det tidspunkt også i vejen for at synkronisere de forskellige dele af dragten. Det skal bemærkes, at eksoskeletoner har en række karakteristiske træk, der ikke gør deres oprettelse en smule lettere. En betydelig forbedring af den menneskelige operatørs fysiske kapacitet kræver således en passende energikilde. Sidstnævnte øger igen apparatets dimensioner og egenvægt. Den anden ulempe ligger i samspillet mellem personen og eksoskeletet. Princippet for betjening af sådant udstyr er som følger: en person foretager enhver bevægelse med armen eller benet. Specielle sensorer forbundet med hans lemmer modtager dette signal og sender den relevante kommando til betjeningselementerne - hydrauliske eller elektriske mekanismer. Samtidig med udstedelse af kommandoer sikrer de samme sensorer, at manipulatorernes bevægelse svarer til operatørens bevægelser. Udover at synkronisere bevægelsernes amplituder står ingeniører over for spørgsmålet om timing. Pointen er, at enhver mekaniker har en bestemt reaktionstid. Derfor bør det minimeres med henblik på tilstrækkelig bekvemmelighed ved brug af exoskeleton. I tilfælde af små, kompakte eksoskeletter, som nu understreges, har synkronisering af menneskelige og maskinelle bevægelser en særlig prioritet. Da det kompakte eksoskelet ikke tillader en stigning i støttefladen osv., Kan mekanik, der ikke har tid til at bevæge sig med personen, påvirke brugen negativt. For eksempel kan en utidig bevægelse af et mekanisk "ben" føre til, at en person simpelthen mister balancen og falder. Og det er langt fra alle problemerne. Det er klart, at det menneskelige ben har færre frihedsgrader end hånden, for ikke at nævne hånden og fingrene.
Den nyeste historie om militære eksoskeletoner begyndte i 2000. Derefter iværksatte det amerikanske agentur DARPA starten på EHPA -programmet (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for increase human performance). EHPA -programmet var en del af et større Land Warrior -projekt for at skabe udseendet af fremtidens soldat. I 2007 blev Land Warrior imidlertid annulleret, men dens eksoskeletdel blev fortsat. Formålet med EHPA-projektet var at skabe det såkaldte. et komplet eksoskelet, som omfattede forstærkere til menneskelige arme og ben. Samtidig var der ikke brug for våben eller forbehold. De embedsmænd, der var ansvarlige for DARPA og Pentagon, var udmærket klar over, at den aktuelle situation på eksoskeletoner simpelthen ikke tillader at udstyre dem med yderligere funktioner. Derfor indebærer kommissoriet for EHPA-programmet kun muligheden for en langsigtet transport af en soldat i et exoskelet af en last på omkring 100 kg og en forøgelse af dens bevægelseshastighed.
Sacros og University of Berkeley (USA) samt de japanske Cyberdyne Systems udtrykte deres ønske om at deltage i udviklingen af ny teknologi. Tolv år er gået siden programmets start, og i løbet af denne tid har sammensætningen af deltagerne gennemgået nogle ændringer. Sacros er nu blevet en del af Raytheon -koncernen, og en afdeling på universitetet ved navn Berkeley Bionics er blevet en afdeling af Lockheed Martin. På en eller anden måde er der nu oprettet tre prototype exoskeletoner under EHPA -programmet: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL og Raytheon XOS.
Det første af de anførte exoskeletoner - HULC - opfylder ikke fuldt ud DARPA -krav. Faktum er, at konstruktionen på 25 kilo kun indeholder et rygstøttesystem og mekaniske”ben”. Håndsupport er ikke implementeret i HULC. På samme tid øges HULC -operatørens fysiske kapacitet på grund af det faktum, at gennem rygstøttesystemet overføres størstedelen af belastningen på armene til eksoskeletets kraftelementer og i sidste ende "går" i jorden. Takket være det anvendte system kan en soldat bære op til 90 kilo last og samtidig opleve en last, der opfylder alle hærens standarder. HULC drives af et lithium-ion batteri, der holder op til otte timer. I økonomisk tilstand kan en person i et eksoskelet gå med en hastighed på 4-5 kilometer i timen. Den maksimalt mulige hastighed for HULC er 17-18 km / t, men denne driftsform for systemet reducerer driftstiden betydeligt fra en batteriopladning. I fremtiden lover Lockheed Martin at udstyre HULC med brændselsceller, hvis kapacitet vil være nok til en driftsdag. Desuden lover designerne i efterfølgende versioner at "robot" hænder, hvilket vil øge eksoskeletbrugerens muligheder betydeligt.
Raytheon har hidtil præsenteret to noget lignende eksoskeletter med indekserne XOS-1 og XOS-2. De adskiller sig i vægt- og størrelsesparametre og som følge heraf i en række praktiske egenskaber. I modsætning til HULC er XOS -familien udstyret med et håndaflastningssystem. Begge disse eksoskeletter kan løfte omkring 80-90 kilo af deres egen vægt. Det er bemærkelsesværdigt, at designet af begge XOS giver dig mulighed for at installere forskellige manipulatorer på mekaniske arme. Det skal bemærkes, at XOS-1 og XOS-2 har et betydeligt strømforbrug indtil videre. På grund af dette er de endnu ikke autonome og kræver ekstern strømforsyning. Derfor er den maksimale rejsehastighed og batterilevetid ude af spørgsmålet. Men ifølge Raytheon vil behovet for kabelstrøm ikke være en hindring for brugen af XOS i lagre eller militærbaser, hvor der er en passende strømkilde.
Den tredje prøve af EHPA -programmet er Cyberdyne HAL. I dag er HAL-5-versionen relevant. Dette eksoskelet er til en vis grad en blanding af de to første. Ligesom HULC kan den bruges uafhængigt - batterierne holder i 2,5-3 timer. Med XOS -familien forenes Cyberdyne Systems 'udvikling af designets "fuldstændighed": det inkluderer støttesystemer til både arme og ben. Imidlertid overstiger HAL-5's bæreevne ikke et par titalls kilo. Situationen er den samme med hastighedskvaliteterne ved denne udvikling. Faktum er, at japanske designere ikke har fokuseret på militær brug, men på rehabilitering af handicappede. Det er klart, at sådanne brugere simpelthen ikke har brug for høj hastighed eller belastningskapacitet. Hvis militæret er interesseret i HAL-5 i sin nuværende tilstand, vil det derfor være muligt at lave et nyt eksoskelet på grundlag af det, skærpet til militær brug.
Af alle mulighederne for lovende eksoskeletter, der blev sendt til EHPA -konkurrencen, er det kun HULC, der hidtil har nået test i samarbejde med militæret. En række funktioner i andre projekter tillader stadig ikke at starte deres feltforsøg. I september vil flere HULC -kits blive sendt i dele for at studere exoskeletets funktioner under reelle forhold. Hvis alt går problemfrit, starter produktionen i stor skala i 2014-15.
I mellemtiden vil forskere og designere have bedre koncepter og designs. Den mest forventede innovation inden for eksoskeletoner er robothandsker. De eksisterende manipulatorer er endnu ikke særlig bekvemme til brug af værktøjer og lignende objekter beregnet til manuel brug. Desuden er oprettelsen af sådanne handsker forbundet med en række vanskeligheder. Generelt ligner de andre eksoskeletsamlinger, men i dette tilfælde forværres synkroniseringsproblemer af et stort antal mekaniske elementer, træk ved den menneskelige hånds bevægelse osv. Det næste trin i udviklingen af eksoskeletoner vil være oprettelsen af en neuroelektronisk grænseflade. Nu styres mekanikkens bevægelse af sensorer og servodrev. Mere bekvemt for ingeniører og forskere er brugen af et kontrolsystem med elektroder, der fjerner menneskelige nerveimpulser. Blandt andet vil et sådant system reducere mekanisternes reaktionstid og som følge heraf øge effektiviteten af hele eksoskeletet.
Med hensyn til praktisk anvendelse i løbet af det sidste halve århundrede har synspunkterne om det næppe ændret sig. Militæret betragtes stadig som hovedbrugerne af lovende systemer. De kan bruge eksoskeletter til lastning og losning af operationer, forberedelse af ammunition og derudover i en kampsituation til at forbedre krigernes evner. Det skal bemærkes, at eksoskeletters bæreevne ikke kun vil være nyttig for militæret. Den udbredte brug af teknologi, der gør det muligt for en person at øge sine fysiske evner betydeligt, kan ændre ansigtet på al logistik og godstransport. For eksempel vil tiden for lastning af en lastvogn påhængsvogn i fravær af gaffeltrucks falde med snesevis af procent, hvilket vil øge effektiviteten af hele transportsystemet. Endelig vil nervekontrollerede eksoskeletter hjælpe handicappede med at støtte mennesker til at leve et fuldt liv igen. Desuden er der store forhåbninger knyttet til den neuroelektroniske grænseflade: i tilfælde af rygmarvsskader osv. Ved skader kan signaler fra hjernen muligvis ikke nå et bestemt område af kroppen. Hvis vi "opsnapper" dem til det beskadigede område af nerven og sender dem til eksoskelet -kontrolsystemet, vil personen ikke længere være begrænset til en kørestol eller seng. Således kan militær udvikling endnu engang forbedre livet for ikke kun militæret. Lige nu, når du laver store planer, skal du huske om prøveoperationen af Lockheed Martin HULC exoskeleton, som først begynder i efteråret. Baseret på dens resultater vil det være muligt at bedømme både udsigterne for hele branchen og interessen for den ud fra potentielle brugere.
