Zerreißen Sie die Luft mit Schallgeschwindigkeit und sausen Sie mit ausgestreckten Armen in Ihrem Eisenanzug dem Horizont entgegen. Seien Sie im Handumdrehen überall Globus ohne im Stau stehen zu müssen. Fliegen ohne Flügel, ohne an Bord eines Flugzeugs oder etwas Stärkerem zu sein. Lassen Sie jemanden, der in seinen schönsten Momenten nicht in Tony Starks Schuhen stecken wollte (natürlich im Iron-Man-Anzug), einen Stein nach mir werfen. Teilweise können diese Träume durch ein Exoskelett verwirklicht werden – ein Gerät, das aufgrund des äußeren Rahmens die Fähigkeiten einer Person (hauptsächlich körperliche Kraft, Muskelkraft) steigern kann. Wir verraten Ihnen in diesem Material, was dieses Gerät ist, welche Entwicklungen es bereits gibt und wie sich Technologien in Zukunft weiterentwickeln werden.

Von Elastiped bis „ Ironman»

Wissenschaft und Technologie sind ohne Übertreibung der härteste Wettlauf des Einfallsreichtums zwischen Mensch und Natur. Im Laufe seiner gesamten Geschichte hat der Mensch versucht, die Welt um ihn herum so umzugestalten, dass sie seinen Bedürfnissen entspricht. Irgendwo gelingt es ihm, oft nicht ohne Schaden für die Natur. Irgendwo muss man sie sich ansehen. Und während die meisten Wirbellosen in der einen oder anderen Form über ein Außenskelett verfügen, ist dies beim Menschen nicht der Fall. Aber es gab keine Flügel?

Unter einem Exoskelett versteht man heutzutage einen mechanischen Anzug oder einen Teil davon mit einer Höhe von bis zu 2–2,5 Metern. Als nächstes kommen „mobile Anzüge“, Mechs und andere riesige humanoide Roboter.

Wie viele andere Dinge in unserem Leben überschreiten Exoskelette nach und nach die Grenze zwischen wilden Träumen und dem Alltag. Ursprünglich nur Ideen, Konzepte, Mythen und Legenden der Science-Fiction, erscheinen heute fast jede Woche neue Versionen von Exoskeletten.

Als erster Erfinder des Exoskeletts gilt der russische „Maschinenbauingenieur“ Nikolai Ferdinandovich Yagn, der bereits in den 1890er Jahren zahlreiche Patente zu diesem Thema anmeldete. Er lebte in Amerika, wo er seine Wunder tatsächlich patentierte, sie auf Ausstellungen zeigte und nach seiner Rückkehr dorthin zurückkehrte Heimatland neu erfunden. Sein Exoskelett sollte dem Soldaten überhaupt das Gehen, Laufen und Springen erleichtern. Schon damals erkannte das russische Genie die potenzielle militärische Macht solcher Geräte.

NIKOLAY
Ferdinandowitsch YAGN

Zusätzlich zum Exoskelett entwickelte Yagn Kühlvorhänge, einen Hydraulikmotor, einen schwingenden Propeller, einen Samowar-Sterilisator und andere Geräte

Hardiman

Lassen Sie uns nicht leugnen, dass Science-Fiction-Autoren einen gigantischen und immensen Beitrag zur Entwicklung von Exoskeletten geleistet haben. Im Jahr 1959, nach Robert Heinleins gefeiertem Roman „Starship Troopers“, wurde allen klar, dass Außenrahmenanzüge die Zukunft militärischer Operationen und mehr waren. Und weg gehen wir.

Das erste Exoskelett wurde in den 1960er Jahren von General Electric mit Unterstützung des US-Verteidigungsministeriums entwickelt. Hardiman wog 680 Kilogramm und konnte Lasten mit einem Gewicht von bis zu 110 Kilogramm heben. Trotz aller gigantischen Ambitionen – und sie wollten es unter Wasser und im Weltraum einsetzen und Sprengköpfe und Atomraketen tragen – zeigte es sich nicht optimal. Praktischerweise haben sie ihn vergessen.

ein „pedomotorisches“ Gerät, das entfernt an Exoskelette des Erfinders Leslie S. Kelly erinnert und 1917 entwickelt wurde

Neun Jahre später zeigte Miomir Vukobratovic aus Belgrad, Jugoslawien, das erste Power-Walking-Exoskelett, dessen Zweck es war, Menschen mit Lähmungen zu helfen untere Gliedmaßen Gelegenheit zum Spazierengehen. Das Gerät basierte auf einem pneumatischen Antrieb. Sowjetische Wissenschaftler des nach N. N. Priorov benannten Zentralinstituts für Traumatologie und Orthopädie ergriffen gemeinsam mit jugoslawischen Kollegen die ersten Initiativen zur Entwicklung von Exoskeletten auf der Grundlage der Arbeit von Vukobratovich. Doch mit Beginn der Perestroika wurden die Projekte eingestellt und es gibt keine Informationen über die geheime unterirdische Entwicklung von Exoskeletten. Aber bei der Weltraumforschung war alles in Ordnung.

IN andere Zeit In verschiedenen Ländern versuchten Handwerker, Exoskelette daraus herzustellen für verschiedene Zwecke, aber aufgrund verschiedener Hindernisse (über die wir später sprechen werden) war dies äußerst schlecht möglich. Der Mangel an Energieressourcen, das langsame Wachstum des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts, die Entwicklung der Materialwissenschaften und anderer verwandter Wissenschaften sowie die Entwicklung der Computerinformatik und der Kybernetik, deren Welle erst vor etwa 30 Jahren anstieg, verlangsamten all dies die Entwicklung von Exoskeletten. Ohne Zweifel das ausgefeilte Technologien dass die Menschen es erst noch meistern müssen.

Probleme mit Exoskeletten

Es gibt nicht viele Materialien auf diesem Planeten, aus denen man einen starren Rahmen herstellen kann und die die Sache nicht durch ihr Gewicht erschweren. Auf jeden Fall gab es nicht viele davon, aber wenn man Raumflüge, militärische Entwicklungen, die Entwicklung der Materialwissenschaften, der Nanotechnologie und etwa ein Dutzend anderer interessanter Bereiche berücksichtigt, überwindet die Menschheit nach und nach eine Hürde nach der anderen. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts flammte das Interesse an Exoskeletten mit bemerkenswerter Wucht auf und ist bis heute ungebrochen. Aber lassen Sie uns zunächst über die Hauptprobleme sprechen, mit denen die Entwickler von Exoskeletten konfrontiert sind.

Wenn wir ein hypothetisches Exoskelett in seine Bestandteile zerlegen, haben wir: eine Energiequelle, ein mechanisches Skelett und Software. Und wenn mit den letzten beiden Punkten alles klar zu sein scheint und es fast keine Probleme mehr gibt, dann ist die Stromversorgung ein ernstes Problem. Mit einer normalen Energiequelle könnten Ingenieure nicht nur ein Exoskelett herstellen, sondern es auch mit einem Raumanzug und einem Jetpack kombinieren. Das Ergebnis wäre wahrscheinlich ein Iron-Man-Anzug, doch der neue Tony Stark ist noch nicht erschienen.

Jede der kompakten Stromquellen kann das Exoskelett heute in nur wenigen Stunden versorgen Batterielebensdauer. Als nächstes kommt die Abhängigkeit vom Draht. Für nicht wiederaufladbare und Batterien Es gibt einige Einschränkungen, z. B. die Notwendigkeit eines Austauschs bzw. ein langsames Laden. Verbrennungsmotoren müssen sehr zuverlässig, aber nicht besonders kompakt sein. Darüber hinaus benötigen Sie im letzteren Fall Zusatzsystem Kühlung, und der Verbrennungsmotor selbst lässt sich nur schwer auf sofortige Emissionen einstellen große Menge Energie. Elektrochemische Brennstoffzellen können schnell mit flüssigem Brennstoff (z. B. Methanol) befüllt werden und liefern die gewünschte und sofortige Energieabgabe, arbeiten jedoch bei extrem hohen Temperaturen. 600 Grad Celsius – relativ niedrige Temperatur für eine solche Stromquelle. Damit wird der „Iron Man“ zum Hot Dog.

Seltsamerweise die meisten mögliche Option Die Lösung des Treibstoffproblems für Exoskelette der Zukunft könnte die unmöglichste sein: drahtlose Energieübertragung. Es könnte viele Probleme lösen, da es von einem beliebig großen Reaktor (einschließlich eines Kernreaktors) übertragen werden kann. Aber wie? Die Frage ist offen.

Die ersten Exoskelette wurden aus Aluminium und Stahl hergestellt, die kostengünstig und einfach zu verwenden waren. Aber Stahl ist zu schwer und das Exoskelett muss auch sein eigenes Gewicht heben. Wenn der Anzug schwer ist, verringert sich seine Wirksamkeit. Aluminiumlegierungen Sie sind recht leicht, ermüden aber durch Ermüdungserscheinungen und sind daher für hohe Belastungen nicht besonders geeignet. Ingenieure sind auf der Suche nach Licht und langlebige Materialien wie Titan oder Kohlefaser. Sie werden zwangsläufig teuer sein, aber sie werden die Wirksamkeit des Exoskeletts gewährleisten.

Ein besonderes Problem stellen Laufwerke dar. Standard-Hydraulikzylinder sind leistungsstark und können mit großer Präzision arbeiten, sie sind jedoch schwer und erfordern eine Menge Schläuche und Rohre. Pneumatik hingegen ist in Bezug auf die Handhabung von Bewegungen zu unvorhersehbar, da die komprimierten Gasfedern und die Reaktionskräfte die Aktuatoren antreiben.

Es werden jedoch neue Servos auf elektronischer Basis entwickelt, die Magnete verwenden und reaktionsschnelle Bewegungen ermöglichen, dabei nur minimale Energie verbrauchen und klein sind. Man kann dies mit dem Übergang von der Dampflokomotive zur Eisenbahn vergleichen. Beachten wir auch die Flexibilität, die die Gelenke haben sollten, aber hier können die Probleme von Exoskeletten von den Entwicklern von Raumanzügen gelöst werden. Sie helfen Ihnen auch herauszufinden, wie Sie den Anzug an die Größe des Trägers anpassen.

Kontrolle

Eine besondere Herausforderung beim Aufbau eines Exoskeletts ist die Beherrschung und Regulierung übermäßiger und unerwünschter Bewegungen. Man kann nicht einfach ein Exoskelett mit der gleichen Reaktionsgeschwindigkeit für jedes Mitglied herstellen. Ein solcher Mechanismus mag für den Benutzer zu schnell sein, ihn jedoch zu langsam zu machen, ist wirkungslos. Andererseits können Sie sich nicht auf den Benutzer verlassen und darauf vertrauen, dass die Sensoren die Absichten der Körperbewegungen erkennen: Eine Desynchronisierung der Bewegungen des Benutzers und des Anzugs führt zu Verletzungen. Es ist notwendig, beide handelnden Parteien einzuschränken. Ingenieure rätseln über die Lösung dieses Problems. Darüber hinaus müssen unbeabsichtigte oder ungewollte Bewegungen im Vorfeld erkannt werden, damit ein versehentliches Niesen oder Husten nicht dazu führt, dass ein Krankenwagen gerufen wird.

Exoskelette und die Zukunft

Im Jahr 2010 zeigten Sarcos und Raytheon zusammen mit dem US-Verteidigungsministerium das Kampfexoskelett XOS 2. Der erste Prototyp kam zwei Jahre zuvor auf den Markt, erregte jedoch kein Aufsehen. Aber XOS 2 erwies sich als so cool, dass das Time Magazine Exoskelette in seine Liste der fünf besten militärischen Innovationen des Jahres aufnahm. Seitdem zerbrechen sich die weltweit führenden Ingenieure den Kopf, um Exoskelette zu entwickeln, die auf dem Schlachtfeld einen Vorteil verschaffen können. Und draußen auch.

Was haben wir heute?

Dieses Exoskelett wurde 2011 eingeführt und war für Menschen mit Behinderungen. Im Januar 2013 wurde eine aktualisierte Version, ReWalk Rehabilitation, veröffentlicht, und bereits im Juni 2014 genehmigte die FDA die Verwendung des Exoskeletts in der Öffentlichkeit und zu Hause und ebnete damit den Weg für die kommerzielle Nutzung. Das System wiegt etwa 23,3 Kilogramm, läuft unter Windows und verfügt über drei Modi: Gehen, Sitzen und Stehen. Kosten: 70 bis 85.000 Dollar.

Eine Reihe dieser militärischen Exoskelette befindet sich in der aktiven Entwicklung (XOS 3 folgt als nächstes). Wiegt etwa 80 Kilogramm und ermöglicht dem Besitzer, problemlos 90 zusätzliche Kilogramm zu heben. Neueste Modelle Die Anzüge sind so mobil, dass Sie mit dem Ball spielen können. Wie die Hersteller anmerken, kann ein XOS drei Soldaten ersetzen. Vielleicht wird die dritte Generation des Exoskeletts näher an dem sein, was wir auf den Bildschirmen von Science-Fiction-Filmen sehen den letzten Jahren. Leider ist es vorerst an eine externe Stromquelle gebunden.

Menschlicher Universallastträger - Schöpfung berühmtes Unternehmen Lockheed Martin in Zusammenarbeit mit Berkeley Bionics. Dieses Exoskelett ist auch für das Militär gedacht. Die Basis bilden Hydraulik und Lithium-Polymer-Batterien. Bei richtiger Beladung des Außenrahmens kann der Nutzer damit bis zu 140 Kilogramm Überladung transportieren. Es wird erwartet, dass Soldaten den HULC à la „Me and My Friends Truck“ 72 Stunden lang nutzen können. Entwicklung im Gange Voller Schwung Daher ist es nicht verwunderlich, dass der HULC der erste sein könnte, der in den Vereinigten Staaten in Dienst gestellt wird.

ExoHiker, ExoClimber und eLEGS (Ekso)

Bei den Prototypen handelt es sich wiederum um Berkeley Bionics, die für die Ausführung verschiedener Aufgaben konzipiert sind. Der erste soll Reisenden beim Tragen von Lasten bis zu 50 Kilogramm helfen, wurde im Februar 2005 eingeführt und wiegt etwa 10 Kilogramm. Angesichts des kleinen Solarpanels kann es sehr, sehr lange funktionieren. Der ExoClimber ist eine zehn Kilogramm schwere Ergänzung zum ExoHiker, die dem Träger das Springen und Treppensteigen ermöglicht. Im Jahr 2010 führten die Entwicklungen von Berkeley Bionics zu eLEGS. Bei diesem System handelt es sich um ein vollwertiges hydraulisches Exoskelett, das gelähmten Menschen das Gehen und Stehen ermöglicht. Im Jahr 2011 wurde eLEGS in Ekso umbenannt. Er wiegt 20 Kilogramm und bewegt sich mit maximale Geschwindigkeit mit 3,2 km/h und einer Laufzeit von 6 Stunden.

Ein weiteres aufsehenerregendes Exoskelett des japanischen Roboterherstellers Cyberdyne. Ziel ist es, Menschen mit Behinderungen das Gehen zu ermöglichen. Es gibt zwei Hauptvarianten: HAL-3 und HAL-5. Seit seiner Einführung im Jahr 2011 wurde HAL in weniger als einem Jahr von mehr als 130 medizinischen Instituten im ganzen Land übernommen. Die Tests werden jedoch das ganze Jahr 2014 und möglicherweise 2015 fortgesetzt. Im August 2013 erhielt HAL einen Freibrief für den Einsatz als Medizinroboter in Europa. Das neueste Modell des Anzugs wiegt etwa 10 Kilogramm.

Durchschnittliche Kosten für ein medizinisches Exoskelett -
90.000 Dollar.

Neben ernsthaften Ganzkörper-Exoskeletten erfreuen sich auch begrenzte Exoskelette, die speziell für bestimmte Aufgaben entwickelt wurden, immer größerer Beliebtheit. Im August dieses Jahres wurde beispielsweise der ehemalige Hocker Chairless Chair gezeigt, der das Sitzen im Stehen ermöglicht. Daewoo und Lockheed Martin führten unabhängig voneinander Exoskelette für Werftarbeiter vor. Mit diesen Geräten können Arbeiter eine Last oder ein Werkzeug mit einem Gewicht von bis zu 30 Kilogramm ohne große Anstrengung halten.

In Russland wird die Entwicklung eines Exoskeletts namens „ExoAtlet“ von einem Team von Wissenschaftlern am Forschungsinstitut für Mechanik der Moskauer Staatlichen Universität entwickelt. Sie setzen die in der UdSSR begonnenen Entwicklungen von Vukobratovich fort, die wir oben erwähnt haben. Das erste funktionierende passive Exoskelett dieses Teams wurde für Rettungskräfte, Feuerwehrleute und Retter entwickelt. Mit einem Gewicht von 12 Kilogramm ermöglicht die Konstruktion den mühelosen Transport von bis zu 100 Kilogramm Fracht. Das Unternehmen plant die Entwicklung des ExoAtler-A-Power-Modells, das eine Tragfähigkeit von bis zu 200 Kilogramm ermöglicht, sowie eines medizinischen Exoskeletts für die Rehabilitation von Menschen mit Behinderungen.

Allen diesen Kostümen ist gemeinsam, dass sie meist als Prototypen präsentiert werden. Das bedeutet, dass sie sich verbessern werden. Das bedeutet, dass Feldtests auf sie warten. Das bedeutet, dass es neue Modelle geben wird. Das heißt, sie sind die Zukunft. Es ist noch zu früh, um zu sagen, dass ein funktionierendes und nützliches Exoskelett auf dem Schwarzmarkt gekauft werden kann. Doch der Anfang ist gemacht, und die Entwicklung dieser Richtung gelangt souverän in den breiten Mainstream. Von Tony Starks Kostüm sind wir noch weit entfernt, aber was hält uns davon ab, spektakuläre Filme zu genießen? Fans spektakulärer Showdowns mit Exoskeletten kommen immer auf ihre Kosten: „Aliens“ (1986), „Iron Man“ (2008), „Avatar“ (2009), „District No. 9“ (2009), „The Avengers“ ( 2012), „Elysium“ (2013), „Edge of Tomorrow“ (2014).

Eines ist sicher: Exoskelette werden in Zukunft überall sein. Sie werden unseren Astronauten helfen, den Mars zu erkunden, die ersten Kolonien zu errichten und bequem durch den Weltraum zu navigieren. Sie werden im militärischen Bereich eingesetzt, da sie den Soldaten standardmäßig übermenschliche Kräfte verleihen. Sie werden denjenigen, die es verloren haben, die Möglichkeit geben, sich vollständig zu bewegen. Der Iron Man-Anzug wird eines Tages real werden, genau wie alles, was Sie um sich herum sehen.

„ExoAtlet“

Wenn Sie zu denen gehören, die alle Teile von Iron Man mit großer Freude gesehen haben, waren Sie wahrscheinlich begeistert Eisenanzug, die Tony Stark trug, bevor er gegen die Bösewichte kämpfte. Stimmen Sie zu, es wäre schön, so einen Anzug zu haben. Zusätzlich zu der Fähigkeit, Sie im Handumdrehen überall hin zu bringen, sogar zum Brotholen, würde es Ihren Körper vor allen Arten von Schäden schützen und ihm übermenschliche Kräfte verleihen.

Es wird Sie wahrscheinlich nicht überraschen, dass eine leichtere Version des Iron Man-Anzugs es den Soldaten schon bald ermöglichen wird, schneller zu rennen, schwerere Waffen zu tragen und sich durch unwegsames Gelände zu bewegen. Gleichzeitig schützt der Anzug vor Kugeln und Bomben. Militäringenieure und private Unternehmen arbeiten seit den 1960er Jahren an Exoskeletten, aber erst die jüngsten Fortschritte in der Elektronik und Materialwissenschaft haben uns der Verwirklichung dieser Idee näher gebracht als je zuvor.

Im Jahr 2010 demonstrierte der amerikanische Rüstungskonzern Raytheon ein experimentelles Exoskelett namens XOS 2 – im Wesentlichen ein vom menschlichen Gehirn gesteuerter Roboteranzug –, der ohne Anstrengung das Zwei- bis Dreifache des Gewichts eines Menschen heben konnte. Hilfe von außen. Ein anderes Unternehmen, Trek Aerospace, entwickelt ein Exoskelett mit integriertem Jetpack, das mit einer Geschwindigkeit von 112 km/h fliegen und bewegungslos über dem Boden schweben kann. Diese und eine Reihe anderer vielversprechender Unternehmen, darunter Monster wie Lockheed Martin, bringen den Iron Man-Anzug jedes Jahr näher an die Realität.

Lesen Sie das Interview mit dem Schöpfer des russischen Exoskeletts Stachanow.

ExoskelettXOS 2 vonRaytheon

Beachten Sie, dass nicht nur das Militär von der Entwicklung eines guten Exoskeletts profitieren wird. Eines Tages können sich Menschen mit Rückenmarksverletzungen oder degenerativen Erkrankungen, die ihre Mobilität einschränken, dank Außenrahmenanzügen problemlos bewegen. Erste Versionen von Exoskeletten wie ReWalk von Argo Medical Technologies sind bereits auf den Markt gekommen und haben breite Zustimmung gefunden. Allerdings weiter dieser Moment Das Gebiet der Exoskelette steckt noch in den Kinderschuhen.

Welche Revolution versprechen zukünftige Exoskelette auf dem Schlachtfeld? Welche technischen Hürden müssen Ingenieure und Designer überwinden, um Exoskelette wirklich praktisch zu machen? täglicher Gebrauch? Lass es uns herausfinden.

Geschichte der Entwicklung von Exoskeletten

Krieger tragen seit jeher Rüstungen an ihren Körpern, aber die erste Idee eines Körpers mit mechanischen Muskeln tauchte 1868 in der Science-Fiction auf, in einem der Groschenromane von Edward Sylvester Ellis. Das Buch „Steam Man of the Prairies“ beschrieb einen Riesen Dampfmaschine menschliche Form, die ihren Erfinder, den brillanten Johnny Brainerd, mit einer Geschwindigkeit von 96,5 km/h bewegte, als er Stiere und Indianer jagte.

Aber das ist fantastisch. Das erste echte Patent für ein Exoskelett erhielt der russische Maschinenbauingenieur Nikolai Yagn in den 1890er Jahren in Amerika. Der für seine Entwicklungen bekannte Designer lebte mehr als 20 Jahre im Ausland und patentierte ein Dutzend Ideen, die ein Exoskelett beschreiben, das es Soldaten ermöglicht, problemlos zu rennen, zu gehen und zu springen. Tatsächlich ist Yagn jedoch nur für die Entwicklung des „Stoker's Friend“ bekannt – eines automatischen Geräts, das Dampfkessel mit Wasser versorgt.

Von N. Yagn patentiertes Exoskelett

1961, zwei Jahre nachdem Marvel Comics Iron Man erfunden und Robert Heinlein Starship Troopers geschrieben hatte, beschloss das Pentagon, eigene Exoanzüge herzustellen. Er machte sich daran, einen „Servosoldaten“ zu schaffen, der als „menschliche Kapsel mit Lenkung und Verstärkern“ beschrieben wurde, die es ermöglichte, schwere Gegenstände schnell und einfach zu bewegen und den Träger vor Kugeln, giftigen Gasen, Hitze usw. zu schützen Strahlung. Mitte der 1960er Jahre hatte der Ingenieur Neil Meisen von der Cornell University ein 15,8 Kilogramm schweres, tragbares Exoskelett mit Rahmen entwickelt, das als „Superman-Anzug“ oder „menschlicher Verstärker“ bezeichnet wurde. Damit konnte der Benutzer mit jeder Hand 453 Kilogramm heben. Gleichzeitig hatte General Electric ein ähnliches 5,5-Meter-Gerät entwickelt, den sogenannten „Pedipulator“, der von einem Bediener von innen gesteuert wurde.

Trotz dieser sehr interessanten Schritte waren sie nicht von Erfolg gekrönt. Die Anzüge erwiesen sich als unpraktisch, aber die Forschung ging weiter. In den 1980er Jahren entwickelten Wissenschaftler des Los Alamos Laboratory einen Entwurf für den sogenannten Pitman-Anzug, ein Exoskelett für amerikanische Truppen. Das Konzept blieb jedoch bestehen Zeichenbrett. Seitdem hat die Welt mehrere weitere Entwicklungen erlebt, aber Materialmangel und Energiebeschränkungen haben es uns nicht ermöglicht, den echten Iron Man-Anzug zu sehen.

Seit Jahren sind Hersteller von Exoskeletten an den Grenzen der Technologie gescheitert. Die Computer waren zu langsam, um die Befehle zu verarbeiten, die die Anzüge antreiben. Es gab nicht genügend Stromversorgung, um das Exoskelett tragbar genug zu machen, und die elektromechanischen Antriebsmuskeln, die die Gliedmaßen bewegten, waren einfach zu schwach und sperrig, um auf „menschliche“ Weise zu funktionieren. Dennoch war ein Anfang gemacht. Die Idee eines Exoskeletts erwies sich als zu vielversprechend, als dass sich der militärische und medizinische Bereich einfach davon trennen könnte.

Mensch-Maschine

In den frühen 2000er Jahren begann die Suche nach einem echten Iron-Man-Anzug Früchte zu tragen.

Die Defense Advanced Research Projects Agency DARPA, der Inkubator des Pentagons für exotische und fortschrittliche Technologien, startete ein 75-Millionen-Dollar-Programm zur Entwicklung eines Exoskeletts, das den menschlichen Körper und seine Leistung ergänzt. Die Anforderungsliste der DARPA war ziemlich ehrgeizig: Die Agentur wollte ein Fahrzeug, das es einem Soldaten ermöglichen würde, tagelang unermüdlich Hunderte Kilogramm Fracht zu transportieren, große Geschütze zu unterstützen, die normalerweise zwei Bediener erfordern, und in der Lage wäre, einen verwundeten Soldaten vom Gelände zu befördern Gefechtsfeld bei Bedarf. In diesem Fall muss das Auto feuersicher sein und auch hoch springen können. Viele hielten den Plan der DARPA sofort für undurchführbar.

Aber nicht alles.

Sarcos – angeführt vom Roboterschöpfer Steve Jacobsen, der zuvor einen 80 Tonnen schweren mechanischen Dinosaurier erschaffen hatte – kam auf die Idee Innovationssystem, bei dem Sensoren diese Signale nutzten, um eine Reihe von Ventilen zu steuern, die wiederum die unter hohem Druck stehende Hydraulik in den Gelenken regulierten. Die mechanischen Gelenke bewegten Zylinder, die durch Kabel verbunden waren, die den Sehnen nachahmten, die menschliche Muskeln verbinden. Als Ergebnis wurde das experimentelle Exoskelett XOS geboren, das einen Menschen wie ein riesiges Insekt aussehen ließ. Sarcos wurde schließlich von Raytheon übernommen, das die Entwicklung fortsetzte und fünf Jahre später die zweite Generation des Anzugs einführte.

Das Exoskelett XOS 2 begeisterte die Öffentlichkeit so sehr, dass das Time Magazine es in seine Top-5-Liste 2010 aufnahm.

In der Zwischenzeit arbeiteten andere Unternehmen wie Berkeley Bionics daran, die Energiemenge zu reduzieren, die künstliche Prothesen benötigen, damit das Exoskelett lange genug funktionieren kann, um praktikabel zu sein. Ein Projekt aus den 2000er Jahren, der Human Load Carrier (HULC), konnte mit einer einzigen Ladung bis zu 20 Stunden lang betrieben werden. Der Fortschritt schritt nach und nach voran.

Exoskelett HAL

Bis zum Ende des Jahrzehnts hatte das japanische Unternehmen Cyberdyne einen Roboteranzug namens HAL entwickelt, dessen Design noch unglaublicher war. Anstatt sich auf die Muskelkontraktionen eines menschlichen Bedieners zu verlassen, operierte HAL mit lesenden Sensoren elektrische Signale Gehirn des Bedieners. Theoretisch könnte ein HAL-5-basiertes Exoskelett es dem Benutzer ermöglichen, alles zu tun, was er will, indem er nur darüber nachdenkt, ohne einen einzigen Muskel zu bewegen. Doch vorerst sind diese Exoskelette ein Projekt der Zukunft. Und sie haben ihre eigenen Probleme. Beispielsweise sind bisher nur wenige Exoskelette für den öffentlichen Gebrauch zugelassen. Der Rest wird noch getestet.

Entwicklungsprobleme

Bis 2010 führte das DARPA-Projekt zur Schaffung von Exoskeletten zu bestimmten Ergebnissen. Derzeit können fortschrittliche Exoskelettsysteme mit einem Gewicht von bis zu 20 Kilogramm bis zu 100 Kilogramm heben Nutzlast praktisch ohne Bedieneraufwand. Gleichzeitig sind die neuesten Exoskelette leiser als ein Bürodrucker, können sich mit einer Geschwindigkeit von 16 km/h bewegen, Kniebeugen ausführen und springen.

Vor nicht allzu langer Zeit stellte einer der Rüstungskonzerne, Lockheed Martin, sein Exoskelett vor, das für das Heben schwerer Lasten konzipiert ist. Das sogenannte „passive Exoskelett“, das für Werftarbeiter entwickelt wurde, überträgt die Last einfach auf die Beine des Exoskeletts am Boden.

Der Unterschied zwischen modernen Exoskeletten und solchen, die in den 60er Jahren entwickelt wurden, besteht darin, dass sie mit Sensoren und GPS-Empfängern ausgestattet sind. Dadurch erhöht sich der Einsatz für militärische Zwecke weiter. Soldaten könnten durch den Einsatz solcher Exoskelette zahlreiche Vorteile erlangen, von der präzisen Geopositionierung bis hin zu zusätzlichen Superkräften. DARPA entwickelt außerdem automatisierte Stoffe, die in Exoskeletten zur Überwachung der Herz- und Atemwegsgesundheit eingesetzt werden könnten.

Wenn die amerikanische Industrie diesen Weg weiter beschreitet, wird sie sehr bald über Fahrzeuge verfügen, die sich nicht nur „schneller, höher, stärker“ bewegen können, sondern auch mehrere Hundert zusätzliche Nutzlasten transportieren können. Es wird jedoch noch mindestens einige Jahre dauern, bis der echte „ Eisenmänner„wird ins Spiel kommen.

Wie so oft können die Entwicklungen militärischer Behörden (denken Sie zum Beispiel an das Internet) in Friedenszeiten von großem Nutzen sein, da die Technologie schließlich zum Einsatz kommt und den Menschen hilft. Menschen mit vollständiger oder teilweiser Lähmung, Menschen mit Verletzungen Rückenmark und Muskelschwund können ein erfüllteres Leben führen. Berkeley Bionics testet beispielsweise eLegs, ein batteriebetriebenes Exoskelett, das es einer Person ermöglichen würde, über längere Zeiträume zu gehen, zu sitzen oder einfach zu stehen.

Eines ist sicher: Der Prozess der rasanten Entwicklung von Exoskeletten begann zu Beginn dieses Jahrhunderts (nennen wir es die zweite Welle), und wie alles endet, wird sehr, sehr bald bekannt werden. Technologien stehen nie still, und wenn Ingenieure etwas in Angriff nehmen, führen sie es zu einem logischen Abschluss.

Exoskelette helfen Gelähmten beim Gehen, erleichtern schwere Arbeit, schützen Soldaten auf dem Schlachtfeld und verleihen uns Superkräfte.

1. Activelink Power Loader

Benannt nach dem berühmten Exoskelett aus dem Film „Aliens“ ist der Activelink Power Loader so konzipiert, dass er schwere Lasten leichter macht Handarbeit Eigentümer, unabhängig von Alter, Geschlecht und Größe, und zielt darauf ab, „eine Gesellschaft ohne Einschränkungen zu schaffen“, heißt es in einer Pressemitteilung von Activelink, einer Tochtergesellschaft des berühmten japanischen Elektronikherstellers Panasonic.

2. HAL

HAL (Hybrid Assistive Limb) ist ein mechanisches Exoskelett aus Japan, das von Cyberdine Inc. entwickelt wurde. (Ja, genau wie die Jungs, mit denen im Terminator alles begann), wurde 1997 als Prototyp erstellt und wird heute in japanischen Krankenhäusern eingesetzt, um schwerkranken Patienten bei ihren täglichen Aktivitäten zu helfen. Es ist auch bekannt, dass HAL von japanischen Bauarbeitern und sogar Rettern während der Beseitigung des Fukushima-1-Unfalls im Jahr 2011 eingesetzt wurde.

3. Ekso Bionics

14. Projekt „Walk Again“

Die FIFA Fußball-Weltmeisterschaft 2014 in Brasilien wurde von Juliano Pinto eröffnet, der von der Hüfte abwärts gelähmt war und das Recht erhielt, als Erster den WM-Ball zu schießen. Möglich wurde dies durch ein von der Duke University entwickeltes Exoskelett, das direkt mit seinem Gehirn verbunden ist. Diese Veranstaltung ist Teil des Walk Again-Projekts, das von einem 150-köpfigen Team unter der Leitung des renommierten Neurologen und führenden Fachmanns auf dem Gebiet der Gehirn-Maschine-Schnittstellen, Dr. Miguel Nicolelis, ins Leben gerufen wurde. Juliano Pinto dachte einfach, er wolle den Ball treten, das Exoskelett zeichnete die Gehirnaktivität auf und aktivierte die für die Bewegung notwendigen Mechanismen.

Ich erinnere mich, dass ich „Avatar“ gesehen habe und von den dort gezeigten Exoskeletten völlig verblüfft war. Seitdem denke ich, dass die Zukunft in diesen intelligenten Hardware-Teilen liegt. Ich möchte auch wirklich meine fehlgeleiteten kleinen Hände zu diesem Thema einsetzen. Glaubt man außerdem der Analyseagentur ABI Research, wird der Weltmarkt für Exoskelette bis 2025 1,8 Milliarden US-Dollar betragen. Zum jetzigen Zeitpunkt bin ich etwas verwirrt, da ich kein Techniker, Ingenieur, Architekt oder Programmierer bin. Ich überlege, wie ich dieses Thema angehen soll. Ich würde mich freuen, wenn in den Kommentaren zum Artikel Personen vermerkt würden, die potenziell Interesse an einer Mitarbeit in solchen Projekten hätten.
Derzeit sind vier Schlüsselunternehmen auf dem Exoskelettmarkt tätig: das amerikanische Indego, das israelische ReWalk, das japanische Hybrid Assistive Limb und Ekso Bionics. Die durchschnittlichen Kosten ihrer Produkte liegen zwischen 75 und 120.000 Euro. Auch in Russland sitzt man nicht untätig da. Beispielsweise arbeitet das Unternehmen Exoathlete aktiv an medizinischen Exoskeletten.

Das erste Exoskelett wurde in den 60er Jahren gemeinsam von General Electric und dem US-Militär entwickelt und hieß Hardiman. Mit einer Hubkraft von 4,5 kg konnte er 110 kg heben. Allerdings war es aufgrund seiner beachtlichen Masse von 680 kg unpraktisch. Das Projekt war nicht erfolgreich. Jeder Versuch, ein vollständiges Exoskelett zu verwenden, führte zu intensiven unkontrollierten Bewegungen, weshalb es nie vollständig mit einer Person darin getestet wurde. Weitere Forschung konzentrierten sich auf eine Hand. Obwohl sie 340 kg heben sollte, betrug ihr Gewicht 750 kg, also das Doppelte der Hubkraft. Ohne alle Komponenten zum Laufen zu bringen praktischer Nutzen Hardimans Projekt war begrenzt.

Als nächstes folgt eine kurze Geschichte über moderne Exoskelette, die auf die eine oder andere Weise das Niveau der kommerziellen Umsetzung erreicht haben.

1. Unabhängiges Gehen. Erfordert keine Krücken oder andere Stabilisierungsmittel und lässt Ihre Hände frei.
4. Mit dem Exoskelett für die Beine können Sie: aufstehen/hinsetzen, sich umdrehen, rückwärts gehen, auf einem Bein stehen, Treppen hinaufgehen, auf verschiedenen, auch geneigten Flächen gehen.
5. Das Gerät ist sehr einfach zu steuern – alle Funktionen werden über den Joystick aktiviert.
6. Dank des austauschbaren Akkus mit hoher Kapazität kann das Gerät den ganzen Tag verwendet werden.
7. Mit dem geringen Gewicht des REX von nur 38 Kilogramm kann er Benutzer mit einem Gewicht von bis zu 100 Kilogramm und einer Körpergröße von 1,42 bis 1,93 Metern tragen.
8. Komfortables System Die Fixierung verursacht keine Beschwerden, selbst wenn Sie sie den ganzen Tag tragen.
9. Auch wenn sich der Benutzer nicht bewegt, sondern nur steht, verschwendet REX keine Batterieleistung.
10. Zugang zu Gebäuden ohne Rampen, dank der Möglichkeit, Treppen ohne Hilfe hinaufzugehen.

HAL

Preis in Russland: Sie versprachen 243.600 Rubel. Die Angaben konnten nicht bestätigt werden.

Merkmale und Spezifikationen:

1. Gerätegewicht 12 kg.
3. Das Gerät kann 60 bis 90 Minuten ohne Aufladen arbeiten.
4. Das Exoskelett wird aktiv bei der Rehabilitation von Patienten mit Pathologie eingesetzt motorische Funktionen unteren Extremitäten aufgrund von Störungen des Zentralnervensystems oder als Folge neuromuskulärer Erkrankungen.

Neugehen

Preis in Russland: ab 3,4 Millionen Rubel (auf Bestellung).

Merkmale und Spezifikationen:

1. Gerätegewicht 25 kg.
2. Das Exoskelett kann bis zu 80 kg tragen.
3. Das Gerät kann bis zu 180 Minuten ohne Aufladen arbeiten.
4. Akkuladezeit 5-8 Stunden
5. Das Exoskelett wird aktiv bei der Rehabilitation von Patienten mit Pathologien der motorischen Funktionen der unteren Extremitäten aufgrund von Störungen des Zentralnervensystems oder als Folge neuromuskulärer Erkrankungen eingesetzt.

Exo-Bionik

Preis in Russland: ab 7,5 Millionen Rubel (auf Bestellung).

Merkmale und Spezifikationen:

1. Gerätegewicht 21,4 kg.
2. Das Exoskelett kann bis zu 100 kg tragen.
3. Maximale Hüftbreite: 42 cm;
4. Batteriegewicht: 1,4 kg;
5. Abmessungen (HxBxT): 0,5 x 1,6 x 0,4 m.
6. Das Exoskelett wird aktiv bei der Rehabilitation von Patienten mit Pathologien der motorischen Funktionen der unteren Extremitäten aufgrund von Störungen des Zentralnervensystems oder als Folge neuromuskulärer Erkrankungen eingesetzt.

DM

Preis in Russland: 700.000 Rubel.

Merkmale und Spezifikationen:

1. Gerätegewicht 21 kg.
2. Das Exoskelett muss das Gewicht des Benutzers bis zu 100 kg tragen.
3. Der Anwendungsbereich kann weit über die Rehabilitation von Patienten mit Pathologien der motorischen Funktionen der unteren Extremitäten aufgrund von Störungen des Zentralnervensystems oder als Folge neuromuskulärer Erkrankungen hinausgehen. Dies können die Industrie, das Baugewerbe, das Showbusiness und die Modebranche sein.

Diskussionsthemen:

1. Was ist optimale Zusammensetzung Projektteams?
2. Wie hoch sind die Projektkosten in der Anfangsphase?
3. Was sind die Fallstricke?
4. Wie sehen Sie optimale Zeit Umsetzung eines Projekts von der Idee bis zur Markteinführung?
5. Lohnt es sich jetzt, ein solches Projekt zu starten und warum?
6. Wie sollte die Geografie und Marktexpansion aussehen?
7. Sind Sie persönlich bereit, an einem solchen Projekt teilzunehmen und wenn ja, in welcher Funktion?

ZY Für konstruktive Diskussionen, Meinungen, Argumente und Pro- und Contra-Argumente in den Kommentaren wäre ich dankbar. Ich bin mir sicher, dass ich nicht der Einzige bin, der darüber nachdenkt. Mittlerweile bin ich sicher, dass das Exoskelett das neue iPhone in der weltweiten Populärkultur am Horizont der nächsten zehn Jahre ist.

DIY Exoskelett

Wie kann man ein Exoskelett selbst implementieren?

Um es unglaublich stark zu machen, sollte man sich meines Wissens an die Hydraulik halten.
Damit das Hydrauliksystem funktioniert, benötigen Sie:

- Robuster und beweglicher Rahmen
-minimal notwendiger Satz hydraulische Kolben (ich nenne sie „Muskeln“)
- zwei Vakuumpumpen, zwei Druckkammern mit Ventilsystem, verbunden durch einen Schlauch.
-Rohre, die hohem Druck standhalten.
-Stromversorgung Exoskelett
So steuern Sie das Ventilsystem:
-Ein kleiner toter Computer
-etwa 30 Sensoren mit beispielsweise sieben Grad proportional zum Grad der Ventilöffnung
- ein spezielles Programm, das den Zustand von Sensoren lesen und die entsprechenden Befehle an die Ventile senden kann.

Warum ist das alles notwendig:

- „Muskeln“ und der Rahmen sind eigentlich der gesamte Bewegungsapparat.
-Vakuumpumpen. warum zwei? so dass der eine den Druck in den Druckkammern, Rohren und Muskeln erhöht und der zweite ihn verringert.
-Druckkammern, die durch einen Schlauch verbunden sind. Im einen Fall erhöhen Sie den Druck, im zweiten verringern Sie den Druck und statten das Rohr mit einem Ventil aus, das sich nur in zwei Fällen öffnet: beim Druckausgleich und beim Sicherstellen des Leerlaufs der Flüssigkeit.
-Ventile. es ist einfach und effizientes System Steuerung, die vom Druck in der Druckkammer und der Computersteuerung abhängt. Durch Erhöhen des Drucks in der Druckkammer durch Öffnen der Ventile der Kanäle für „belastete Muskeln“ können Sie bestimmte Aktionen ausführen, indem Sie den Druck auf die Hydraulikkolben erhöhen und Teile des Skeletts (Rahmens) bewegen.

Sensoren, warum etwa dreißig? Zwei für die Füße, drei für die Beine, sechs für die Arme und vier für den Rücken. Wie arrangiere ich sie? gegen die Bewegung der Gliedmaßen. so dass das nach vorne geschobene Bein von innen Druck auf das Exoskelett und auf den Sensor an seiner Innenseite ausübt. Ich werde weiter erklären, warum das so ist.
- ein Computer mit einem Programm. Die Hauptaufgabe des Computers und des Programms besteht darin, sicherzustellen, dass die Sensoren keinem Druck ausgesetzt sind, damit die Person im Inneren keinen unnötigen Widerstand des Exoskeletts spürt, das bestrebt ist, menschliche Bewegungen unabhängig von der Aktivität von Nerven und Muskeln zu wiederholen oder andere biometrische Indikatoren und ermöglichen so den Einsatz deutlich kostengünstigerer Sensoren als beispielsweise in Hightech-Exoskeletten. Sensorsignale für den Computer sollten in zwei Gruppen unterteilt werden: mit bedingungsloser Kontrolle Hydrauliksystem und nur unter der Bedingung akzeptiert, dass der gegenüberliegende Sensor mit unbedingter Steuerung keinen Druck erfährt. Diese Implementierung verhindert, dass das Bein, das mit dem Knie auf dem Boden ruht, automatisch gestreckt wird, wenn die Person es nicht selbst streckt. Dazu muss die Person im Exoskelett jedoch ihr Bein vom Boden heben (oder sie muss die Empfindlichkeit der durch den Zustand ausgelösten Sensoren programmatisch reduzieren). Am Beispiel des Beins: Platzieren Sie Sensoren mit einem unbedingten Signal auf der Vorderseite und Sensoren mit einem unbedingten Signal auf der Rückseite. Stellen Sie sich selbst vor, wie die Bewegung ausgeführt wird. Wenn eine Person ihr Bein beugt, beugt sich das Bein des Exoskeletts, selbst wenn das gesamte Gewicht der Person auf den Sensoren liegt, die das Bein strecken. Hier können Sie mithilfe eines Beschleunigungsmessers (oder eines anderen Geräts, das einem Vestibularapparat ähnelt) programmgesteuert eine Änderung der Unbedingtheit der Sensorsignale in Abhängigkeit von der Position des Körpers im Raum einstellen und so die Verdrehung des Exoskeletts beim Fallen auf den Rücken verhindern.

Um die Kraft zu erhöhen, machen Sie die Hände dreifingrig und stark. Sie können Hydraulik und ein Metallkabel kombinieren. Die Hand sollte von der menschlichen Hand getrennt sein, d menschliche Hand Sowohl der menschliche Fuß als auch der menschliche Fuß sollten am Sprunggelenk des Exoskeletts anliegen und geschützt sein.
-Handsteuerung. Ein wenig Freiraum für zwei Drittel der Bewegungsfreiheit der Hand und der Finger einer menschlichen Hand in der Exoskeletthand und einem System aus drei Ringen an Kabeln, drei Fingern vom kleinen bis zum Mittelfinger in einem, dem Zeigefinger im anderen und der Daumen im dritten. Die gesamte Steuerung beruht darauf, dass die menschlichen Finger, indem sie den auf ihnen angebrachten Ring bewegen, mit einem Kabel das Sensorrad bewegen, abhängig von der Drehung, deren Drehung die Finger des Exoskeletts beugt und streckt. Dadurch wird unnötiger hydraulischer Aufwand vermieden, um die Finger des Exoskeletts über seine Konstruktionsmöglichkeiten hinaus zu strecken oder zu biegen. Verwenden Sie ein Kabel für zwei Ringe, einen oder zwei. Warum? denn die Finger vom kleinen Finger bis zum Zeigefinger müssen nur in eine Richtung gebeugt und gebeugt werden, der Daumen in zwei. Wenn Sie möchten, können Sie es mit Ihren eigenen Händen überprüfen.

Stromversorgung Exoskelett- da kommt mal wieder ein furchtbares Stück Scheiße raus. Sie müssen schließlich nur noch eine Stromquelle auswählen notwendigen Berechnungen, maximale Optimierung des Exoskelettdesigns und Messung seines Energieverbrauchs.