Главная » НАУКА » Экзоскелет скоро изменит мир, и Россия лидирует

Экзоскелет скоро изменит мир, и Россия лидирует

Как вы думаете, что это такое – «устройство для восполнения утраченных функций тела, увеличения силы мышц и расширения амплитуды движений человека за счет внешнего каркаса»? Многие, наверное, сразу догадались. Да, сегодня речь пойдет об экзоскелете («внешнем скелете» в переводе с греческого) – пока еще не завершенном изобретении, которое когда-нибудь вполне сможет изменить мир.

Экзоскелет скоро изменит мир, и Россия лидирует

Экзоскелет скоро изменит мир, и Россия лидирует

Заблаговременный пиар

В довольно длинном списке технологических устройств, окружающих современного человека в обыденной жизни, экзоскелетов пока нет. Тем не менее, что это такое, известно практически каждому. И все благодаря фантастическим романам, комиксам и, конечно же, фильмам.

Различные модификации «внешних каркасов» задействованы во множестве самых популярных кинолент. В серии фильмов «Чужой» отважная Рипли сражается с инопланетным хищником при помощи экзоскелета-погрузчика. В «Аватаре» героям приходится сойтись в бою с гигантским боевым экзоскелетом, управляемым полковником Куоритчем.

В российском «Притяжении» шикарный и очень функциональный экзоскафандр переходит из рук в руки, добавляя сюжету динамичности. Отыскать подобные устройства можно и в фильмах «Район №9», «Дети шпионов», «Матрица»…

Удивляться такому засилью не стоит: образ «внешнего скелета» зародился в творческих умах еще в середине прошлого века.

Впервые экзоскелет (силовая броня) упоминается в 1954 году в одном из романов серии «Том Свифт», имевшей коллективное авторство под общим псевдонимом Виктор Эпплтон.

В 1957 году вышла в свет книга Ивана Ефремова «Туманность Андромеды», в которой фигурировали некие прыгающие стальные конструкции, оснащенные электродвигателями, пружинами и амортизаторами и применяемые как средство передвижения.

В 1959 году Роберт Хайнлайн в романе «Звездный десант» описал боевые бронированные скафандры с реактивными двигателями и обширным набором функций, позже послужившие источником вдохновения для создателей компьютерных игр.

Экзоскелет звездных десантов

Экзоскелет звездных десантов

Остается только удивляться, почему такая растиражированная и, что скрывать, весьма перспективная идея все еще не воплощена в жизнь, как многие другие выдумки фантастов. Или мы просто не все знаем?

Первый реальный экзоскелет

Первый реальный «внешний скелет» появился почти сразу после того, как был описан фантастами. В 60-х годах XX века его разработала фирма General Electric совместно с военными специалистами.

Устройство, которое создатели нарекли Hardiman (сложная аббревиатура от названия проекта «Human Augmentation Research and Development Investigation» – «Исследования и разработки в области увеличения человеческого потенциала»), позволяло поднимать 110 килограммов при усилии, необходимом для подъема всего 4,5 килограмма.

Неплохо для первого опыта было бы, если бы сам экзоскелет не весил без малого 700 килограммов! Да еще имел «дурную привычку» постоянно терять управление и хаотично двигаться, из-за чего в него так и не решились поместить человека.

Было решено понизить планку и сконцентрировать усилия на одной руке, но и ее вес в два раза превышал грузоподъемность.

Однако первые неудачи не обескуражили разработчиков. Слишком много перспектив в самых разных областях жизнедеятельности открывало использование экзоскелетов.

Самым очевидным шагом стало применение их искусственной силы в промышленности и логистике. В Нидерландах для этих целей разработан пассивный (без источника питания) экзоскелет на гидравлических цилиндрах. Работу с грузами для человека он облегчает вполовину.

Российский экзоскелет оказался лучшим в мире

Лучшего результата достигли в цифровой лаборатории «Норникеля», где совместно с Юго-Западным университетом и компанией «Экзомед» (оба г. Курск) спроектировали активный (оснащенный источником питания) экзоскелет нижних конечностей.

Студенты из Петербурга собрали действующий экзоскелет ИТМО

Студенты из Петербурга собрали действующий экзоскелет ИТМО

Его основное предназначение то же – подъем, удержание и перемещение тяжестей, но он принимает на себя 90% веса из максимально возможных 60 килограммов.

При этом устройство оснащено датчиками, гравитационными компенсаторами, системой электроприводов,  интеллектуальным управлением и даже бортовым компьютером, который отслеживает и передает в корпоративную сеть уровень загазованности и температуру воздуха, освещенность, параметры пользователя и еще многое другое.

Функционал явно слишком велик для простого погрузчика, пусть даже и «экзо», так что, похоже, устройству уготовано большое будущее.

Там же, в Курске, были разработаны еще два пассивных (без источника питания) экзоскелета мягкого типа – для разгрузки спины и рук при работе с грузами.

А на конгрессе молодых ученых, проходившем на федеральной территории «Сириус» в Краснодарском крае в 2021 году, был представлен силовой экзоскелет, изготовленный Алексеем Ледюковым, студентом-третьекурсником Санкт-Петербургского университета ИТМО, и его единомышленниками.

Для пациентов и врачей

Экзоскелеты могут стать просто незаменимыми в сфере медицины. В России разрабатывается «ЭкзоАтлет» – модель, предназначенная для реабилитации пациентов с нарушением двигательных функций нижних конечностей из-за травмы позвоночника или инсульта.

Разные прототипы изделия позволяют пациентам садиться, вставать и передвигаться без посторонней помощи.

Применение экзоскелета в медицине при реабилитации

Применение экзоскелета в медицине при реабилитации

Также существует специфический экзоскелет нижней челюсти для людей, получивших ее перелом. Благодаря внешнему каркасу жевательная функция у них восстанавливается уже в раннем послеоперационном периоде.

Не забыли изобретатели и о врачах. В 2019 году Александр Воробьев и Федор Андрющенко из Волгограда представили экзоскелет для хирургов. Во время многочасовых операций он может принимать на себя нагрузку, которой подвергаются позвоночник и руки врача.

На марше –  боевые экзоскелеты

Но самым очевидным, перспективным и многообещающим направлением для применения экзоскелетов является, конечно, военное дело. Если оснастить бойцов таким «обмундированием», они не просто станут сильнее, быстрее, мобильнее и выносливее, что само по себе немаловажно.

Экзоскелет может стать для бойца целой экосистемой, включающей функции электрогенератора, бронезащиты, средств телекоммуникации, сенсоров, датчиков и много чего еще. И наверняка боевые экзоскелеты будут оснащаться еще и современным оружием. Так что тот, кто первым сможет экипировать ими свою армию, на какое-то время станет непобедимым.

Пассивный экзоскелет Ратник

Пассивный экзоскелет Ратник

В России актуальной является разработка экзоскелета ЭО-1 «Ратник». Ранние модели пассивного типа представляли собой систему механизмов, принимающих на себя тяжесть переносимых грузов.

Более современные оснащены серводвигателями (то есть двигателями, предназначенными для точного позиционирования), питающимися от аккумуляторов. Они позволяют снизить нагрузку на опорно-двигательный аппарат человека вдвое, а затраты энергии на ходьбу и бег – на 15%.

Благодаря встроенным датчикам экзоскелет можно адаптировать под конкретного бойца. Устройство уже было успешно применено в Сирии в 2017 году в связке с роботом-сапером «Уран-6».

Работы по проектировке экзоскелетов ведутся также в Японии, Корее, Израиле и, разумеется, США. Но во всех странах изобретатели сталкиваются с одной и той же проблемой: отсутствием источника энергии, который бы отвечал всем необходимым требованиям.

Аккумулятор для боевого экзоскелета должен быть компактным, легким, надежным, емким, безопасным, легко и быстро заряжающимся. А пока такого блока питания не существует, активные модели работают… от сети.

Именно в таком режиме прошла в исследовательском центре в Солт-Лейк-Сити (США) демонстрация роботизированного костюма X0S, разработанного для армии, что сразу превратило одну из самых удачных моделей экзоскелета просто в дорогую игрушку.

Специалисты компании Sarcos Technology and Robotics Corporation, а позже купившей ее Raytheon Raytheon Technologies Corporation (американский многонациональный аэрокосмический и оборонный конгломерат) отлично это понимают. Устройство второго поколения XOS-2 они оснастили двигателем внутреннего сгорания. В планах – довести длительность автономной работы устройства до 32 часов.

Но уже понятно, что бензиновый двигатель и литиевые батареи не отвечают поставленным задачам. Огромный потенциал экзоскелетов требует какого-то принципиально нового энергетического решения.

Едут, прыгают, летят…

А пока ученые ломают голову, можно пофантазировать о том, как изменится мир, когда экзоскелеты станут такой же обыденной вещью, как мобильные телефоны и микроволновки.

Скорее всего, они пополнят список средств индивидуальной мобильности (СИМ), которые сейчас представлены в основном самокатами и гироскутерами. Этот транспортный сегмент активно развивается, недаром для СИМ уже вносят поправки в правила дорожного движения. А массовое внедрение экзотранспорта должно значительно изменить облик городов.

Автомобильные магистрали разгрузятся, зато возникнет необходимость в выделенных дорожках по типу велосипедных. Возможно также, и в полетной зоне над проезжей частью, которую придется освободить от рекламы и проводов.

Представьте себе улицы, наполненные пешеходами, облаченными в экзоскелеты. У кого-то – модели-скафандры, защищающие от непогоды и наделяющие своего хозяина способностями Человека-Паука.

У других – скромные устройства для ног, ускоряющие передвижение. Все ловко лавируют между громоздкими устаревшими автомобилями или перепрыгивают через них. А самые торопливые пролетают вверху в экзоракетах.

Будет это выглядеть, так или иначе – не столь важно. С уверенностью можно сказать одно: как только проблема автономного энергообеспечения будет решена, экзоскелеты станут неотъемлемой частью новой реальности.

 

Оставить комментарий