В россии разработан экзоскелет кисти человека. Как работают экзоскелеты? История разработки экзоскелетов

Экзоскелетом называется внешний каркас, который позволяет человеку совершать поистине фантастические действия: поднимать тяжести, летать, бегать с огромной скоростью, совершать гигантские прыжки и т.д. И если вы думаете, что такими устройствами обладают только главные герои "Железного человека" или "Аватара", то вы глубоко ошибаетесь. Они доступны человечеству еще с 60-х гг. прошлого века; более того, вы можете узнать, как собрать экзоскелет своими руками! Впрочем, обо всем по порядку.

Экзоскелет: знакомство

Сегодня вы вполне можете приобрести себе экзоскелет - подобную продукцию выпускает Ekso Bionics и Hybrid Assistive Limb (Япония), Indego (США), ReWalk (Израиль). Но только если у вас есть лишние 75-120 тысяч евро. В России же пока производятся только медицинские экзоскелеты. Их проектирует и выпускает компания "Экзоатлет".

Первый экзоскелет своими руками изготовили ученые корпораций General Electric и United States Military еще в шестидесятых годах прошлого века. Он назывался Hardiman и мог свободно поднять в воздух груз, предельно равный 110 кг. Надевший же это устройство человек в процессе испытывал нагрузку, как при поднятии 4,5 кг! Только вот сам Hardiman при этом весил все 680 кг. Оттого он и не пользовался большим спросом.

Все экзоскелеты подразделяются на три типа:

полностью роботизированные;

для ног.

Современные робокостюмы весят от 5 до 30 и выше кг. Они бывают как активными, так и пассивными (работающими только по команде оператора). По предназначению экзоскелеты делятся на военные, медицинские, промышленные и космические. Рассмотрим самые замечательные из них.

Самые впечатляющие экзоскелеты современности

Собрать такие экзоскелеты своими руками дома в ближайшее время, конечно, не получится, однако познакомиться с ними стоит:

DM (Dream machine) . Это полностью автоматический гидравлический экзоскелет, который управляется голосом своего оператора. Устройство весит 21 кг и способно выдерживать человека весом до центнера. Пока что используется для реабилитации пациентов, которые не могут ходить вследствие заболеваний ЦНС или иных нейромышечных болезней. Примерная стоимость - 7 млн рублей.
Ekso GT . Миссия этого экзоскелета та же, что и у предыдущего - он помогает людям с патологиями моторных функций ног. Характеристики схожи с предыдущим, цена - 7,5 млн рублей.
ReWalk . Призван вновь подарить движение людям с параличом нижних конечностей. Весит устройство 25 кг и способно работать без подзарядки 3 часа. Экзоскелет доступен в Европе и США в сумме, эквивалентной 3,5 млн рублей.
REX . Сегодня это устройство можно купить и в России за 9 млн рублей. Экзоскелет дарит людям с параличом ног не только самостоятельную ходьбу, но и возможность встать/сесть, повернуться, пойти "лунной походкой", спуститься по лестнице и т.д. REX управляется джойстиком, способен функционировать без подзарядки весь день.
HAL (Hybrid Assistive Limb) . Существует в двух вариантах - для рук и для рук/ног/торса. Данное изобретение позволяет оператору поднять вес в 5 раз тяжелее предельного для человека. Также применяется для реабилитации парализованных людей. Весит этот экзоскелет всего 12 кг, а его зарядки хватает на 1,0-1,5 ч.

Как сделать экзоскелет своими руками: Джеймс Hacksmith Хобсон

Первым и пока единственным человеком, сумевшим сконструировать экзоскелет во внелабораторных условиях, является канадский инженер Джеймс Хобсон. Изобретатель собрал устройство, которое позволяет ему свободно поднимать в воздух 78-килограммовые шлакоблоки. Работает его экзоскелет на пневмоцилиндрах, которые снабжает энергией компрессор, а управляется устройство при помощи пульта.

Канадец не держит в секрете свое изобретение. Как собрать экзоскелет своими руками по его примеру, вы можете узнать на сайте инженера и на его канале на "Ютуб". Однако учтите, что тяжесть веса, поднимаемого таким экзоскелетом, ложится исключительно на позвоночник оператора.

Экзоскелет своими руками: примерная схема

Подробной инструкции, позволяющей в легкую собрать экзоскелет дома, нет. Однако понятно, что для него будет нужен:

каркас, отличающийся прочностью и подвижностью;
гидравлические поршни;
барокамеры;
вакуумные насосы;
источник питания;
прочные трубки, способные выдержать высокое давление;
компьютер для управления;
датчики;
софт, позволяющий отправлять и преобразовывать сведения с датчиков для нужной работы клапанов.

Как будет примерно работать эта композиция:

Один насос должен увеличивать давление в системе, другой - уменьшать.
Работа клапанов зависит от давления в барокамерах, повышение/понижение которого и будет управлять системой.
Расположение датчиков (против движения конечностей): шесть - руки, четыре - спина, три - ноги, два стопы (всего более 30).
Компьютерное обеспечение должно исключить давление на датчики.
Сигналы датчиков нужно подразделить на условные (информация с них полезна, если безусловный датчик не "говорит" о испытываемым им давлении) и безусловные. Условность/безусловность этих элементов может определять, например, акселерометр.
Руки экзоскелета - трехпалые, отделенные от запястья оператора, - чтобы исключить травмы и придать дополнительную прочность.
Источник питания выбирается после сборки и пробной апробации экзоскелета.

Пока что только в сфере реабилитации, уже начинают входить в нашу жизнь. Появляются изобретатели, способные соорудить такое устройство вне лаборатории. Вполне возможно, что в ближайшем будущем любой школьник сможет собрать экзоскелет Сталкера своими руками. Уже можно предсказать, что за такими системами - будущее.

Наука выводит развитие технологий на принципиально новый уровень. Сегодня появляется все больше интересных проектов, которые позволяют управлять техникой при помощи силы мысли. Пока большинство подобных разработок носит медицинский характер, но каждая из них имеет огромный коммерческий потенциал. Одна такая была показана группой швейцарских ученых совсем недавно.

Кто не хотел бы двигать предметы при помощи одной лишь силы мысли? Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) сделали еще один шаг на пути развития подобных технологий. Ими был разработан легкий экзоскелет для руки человека, который в перспективе может оказать значительную помощь людям с ограниченными возможностями. Исключительность разработки заключается в том, что управляется экзоскелет при помощи мозговых импульсов.

Швейцарская разработка состоит из нескольких важных компонентов: мягкого ЭЭГ-шлема с электродами, управляющего блока с мониторами и пяти подключаемых металлических кабелей-сухожилий, которые тянутся вдоль всей руки человека и крепятся к внешней стороне руки, оставляя ладонь свободной. Шлем же нужен для фиксации мозговых импульсов. Управляющий блок фиксируется на груди пациента.

Чтобы закрепить всю эту систему на человеке потребуется всего несколько минут. Сделать без посторонней помощи это пока затруднительно, тем не менее, аппарат уже качественно отличается от своих аналогов. Кроме того, новая разработка смогла выделиться из общей массы похожих устройств еще и тем, что имеет очень малый вес. Экзоскелет поддерживает несколько форм управления, его можно контролировать в том числе и при помощи движения глаз, голосовых команд и даже смартфона.

На данный момент новинку уже успели «обкатать» на пациентах, которые ранее получили тяжелые травмы спинного мозга или перенесли инсульт. Создатели надеются на то, что их разработка сможет помочь людям в реабилитационном процессе, в первую очередь при выполнении привычных домашних дел.

В продолжение темы уже сегодня.

Экзоскелет: знакомство

Все экзоскелеты подразделяются на три типа:

полностью роботизированные;

для ног.

Самые впечатляющие экзоскелеты современности

DM (Dream machine) . Это полностью автоматический гидравлический экзоскелет, который управляется голосом своего оператора. Устройство весит 21 кг и способно выдерживать человека весом до центнера. Пока что используется для реабилитации пациентов, которые не могут ходить вследствие заболеваний ЦНС или иных нейромышечных болезней. Примерная стоимость - 7 млн рублей.
Ekso GT . Миссия этого экзоскелета та же, что и у предыдущего - он помогает людям с патологиями моторных функций ног. Характеристики схожи с предыдущим, цена - 7,5 млн рублей.
ReWalk . Призван вновь подарить движение людям с параличом нижних конечностей. Весит устройство 25 кг и способно работать без подзарядки 3 часа. Экзоскелет доступен в Европе и США в сумме, эквивалентной 3,5 млн рублей.
REX . Сегодня это устройство можно купить и в России за 9 млн рублей. Экзоскелет дарит людям с параличом ног не только самостоятельную ходьбу, но и возможность встать/сесть, повернуться, пойти "лунной походкой", спуститься по лестнице и т.д. REX управляется джойстиком, способен функционировать без подзарядки весь день.
HAL (Hybrid Assistive Limb) . Существует в двух вариантах - для рук и для рук/ног/торса. Данное изобретение позволяет оператору поднять вес в 5 раз тяжелее предельного для человека. Также применяется для реабилитации парализованных людей. Весит этот экзоскелет всего 12 кг, а его зарядки хватает на 1,0-1,5 ч.

Как сделать экзоскелет своими руками: Джеймс Hacksmith Хобсон

Экзоскелет своими руками: примерная схема

каркас, отличающийся прочностью и подвижностью;
гидравлические поршни;
барокамеры;
вакуумные насосы;
источник питания;
прочные трубки, способные выдержать высокое давление;
компьютер для управления;
датчики;
софт, позволяющий отправлять и преобразовывать сведения с датчиков для нужной работы клапанов.

Как будет примерно работать эта композиция:

Один насос должен увеличивать давление в системе, другой - уменьшать.
Работа клапанов зависит от давления в барокамерах, повышение/понижение которого и будет управлять системой.
Расположение датчиков (против движения конечностей): шесть - руки, четыре - спина, три - ноги, два стопы (всего более 30).
Компьютерное обеспечение должно исключить давление на датчики.
Сигналы датчиков нужно подразделить на условные (информация с них полезна, если безусловный датчик не "говорит" о испытываемым им давлении) и безусловные. Условность/безусловность этих элементов может определять, например, акселерометр.
Руки экзоскелета - трехпалые, отделенные от запястья оператора, - чтобы исключить травмы и придать дополнительную прочность.
Источник питания выбирается после сборки и пробной апробации экзоскелета.

Роботизированные костюмы, пока что только в сфере реабилитации, уже начинают входить в нашу жизнь. Появляются изобретатели, способные соорудить такое устройство вне лаборатории. Вполне возможно, что в ближайшем будущем любой школьник сможет собрать экзоскелет Сталкера своими руками. Уже можно предсказать, что за такими системами - будущее.

Помню, как посмотрев «Аватар», совершенно обалдел от показанных там экзоскелетов. С тех пор, думаю, что за этими умными железками будущее. Еще очень хочется к этой теме свои не той стороной заточенные ручонки приложить. Тем более, что если верить аналитическому агентству ABI Research, объем мирового рынка экзоскелетов к 2025 году составит $1,8 млрд. На данном этапе не будучи технарем, инженером, архитектором и программистом, нахожусь в некотором замешательстве. Думаю, как к этой теме подступиться. Буду рад, если в комментариях к статье отметятся люди, которым потенциально было бы интересно в подобных проектах поучаствовать.
Сейчас на рынке экзоскелетов работают четыре ключевые компании: американская Indego, израильская ReWalk, японские Hybrid Assistive Limb и Ekso Bionics. Средняя стоимость их продукции от 75 до 120 тыс. евро. В России люди тоже не сидят без делала. Например, компания «Экзоатлет » активно работает над медицинскими экзоскелетами.

Первый экзоскелет был совместно разработан General Electric и United States military в 60-х, и назывался Hardiman. Он мог поднимать 110 кг при усилии, применяемом при подъёме 4,5 кг. Однако он был непрактичным из-за его значительной массы в 680 кг. Проект не был успешным. Любая попытка использования полного экзоскелета заканчивалась интенсивным неконтролируемым движением, в результате чего он никогда полноценно не испытывался с человеком внутри. Дальнейшие исследования были сосредоточены на одной руке. Хотя она должна была поднимать 340 кг, её вес составлял 750 кг, что в два раза превышало подъемную силу. Без получения вместе всех компонентов для работы практическое применение проекта Hardiman было ограничено.

Дальше будет краткое повествование о современных экзоскелетах, которые так или иначе вышли на уровень коммерческой реализации.

1. Самостоятельная ходьба. Не требует костылей или иных средств для стабилизации, оставляя при этом руки свободными.
4. Экзоскелет для ног позволяет: встать\присесть, повернуться, идти назад, стоять на одной ноге, идти по лестнице, ходить по различным, даже наклонным поверхностям.
5. Устройством очень легко управлять – все функции активируются при помощи джойстика.
6. Прибор можно использовать весь день, благодаря высокоемкостному съемному аккумулятору.
7. При небольшом весе REX составляющем всего 38 килограмм, он выдерживает пользователя весом до 100 килограммов и с ростом от 1,42 до 1,93 метров.
8. Удобная система фиксации не вызывает никакого дискомфорта даже, если вы носите его целый день.
9. Также когда пользователь не двигается, а просто стоит REX не тратит заряд аккумулятора.
10. Доступ в здания без пандусов, благодаря возможности ходить по лестнице без посторонней помощи.

HAL

HAL (Hybrid Assistive Limb ) – представляет собой роботизированный экзоскелет с верхними конечностями. На данный момент разработано два прототипа - HAL 3 (восстановление двигательной функции ног) и HAL 5 (восстановление работы рук, ног и торса). При помощи HAL 5 оператор способен поднимать и переносить предметы, в пять раз превышающие по массе максимальную нагрузку при обычных условиях.

Цена в России : обещали за 243 600 рублей . В информацию подтвердить не удалось.

Возможности и технические характеристики:

1. Вес устройства 12 кг.
3. Устройство может работать от 60 до 90 минут без подзарядки.
4. Экзоскелет активно применяется реабилитации пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний.

Rewalk

Rewalk - экзоскелет, позволяющий ходить людям, страдающим параличом нижних конечностей. Подобно наружному скелету или биоэлектронному костюму, устройство ReWalk при помощи специальных датчиков определяет отклонения в равновесии человека, а затем трансформирует их в импульсы, нормализующие его движения, что позволяет человеку ходить или стоять. ReWalk уже доступен в Европе, а на сегодняшний день одобрен FDA в Соединенных Штатах.

Цена в России: от 3,4 млн. рублей (под заказ).

Возможности и технические характеристики:

1. Вес устройства 25 кг.
2. Экзоскелет может выдержать до 80 кг.
3. Устройство может работать до 180 минут без подзарядки.
4. Время зарядки батареи 5-8 часов
5. Экзоскелет активно применяется реабилитации пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний.

Ekso bionic

Ekso GT - это ещё один проект экзоскелета, который помогает людям с тяжёлыми заболеваниями двигательного аппарата, вновь обрести возможность передвигаться.

Цена в России: от 7,5 млн. рублей (под заказ).

Возможности и технические характеристики:

1. Вес устройства 21,4 кг.
2. Экзоскелет может выдержать до 100 кг.
3. Максимальная ширина бедер: 42 см;
4. Масса батареи: 1,4 кг;
5. Размеры (ВхШхГ): 0,5 х 1,6 х 0,4 м.
6. Экзоскелет активно применяется реабилитации пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний.

DM

DM (Dream machine ) – гидравлический автоматизированный экзоскелет с голосовой системой управления.

Цена в России: 700 000 рублей.

Возможности и технические характеристики:

1. Вес устройства 21 кг.
2. Экзоскелет должен выдерживать вес пользователя до 100 кг.
3. Сфера применения может быть значительно шире, чем реабилитация пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний. Это может быть промышленность, строительство, шоу-бизнес и индустрия моды.

Вопросы для обсуждения:

1. Каков оптимальный состав команды проекта?
2. Какова стоимость проекта на начальном этапе?
3. Каковы подводные камни?
4. Каким вам видится оптимальный срок реализации проекта от идеи до коммерческого старта?
5. Стоит ли начинать подобный проект сейчас и почему?
6. Какой должна быть география и экспансия на рынок?
7. Лично вы готовы принять участие в подобном проекте и если да, то в каком качестве?

З.Ы. Буду признателен за конструктивную дискуссию, мнения, доводы и аргументы за и против в комментариях. Уверен, что не я один такой в раздумьях. Между тем, я уверен, что экзоскелет – это новый iPhone в мировой массовой культуре на горизонте ближайших десяти лет.