Robek udara dengan kecepatan suara dan bergegas menuju cakrawala, tangan terentang di jahitan pakaian besi Anda. Berada di mana saja dalam sekejap mata bola dunia tanpa harus duduk di tengah kemacetan. Terbang tanpa sayap tanpa menaiki pesawat atau sesuatu yang lebih kuat. Biarkan seseorang yang tidak ingin berada di posisi Tony Stark pada momen terbaiknya (tentu saja dalam setelan Iron Man) melempari saya dengan batu. Sebagian, mimpi-mimpi ini akan dapat diwujudkan dengan exoskeleton - sebuah alat yang dapat meningkatkan kemampuan seseorang (kebanyakan kekuatan fisik dan otot) karena kerangka eksternal. Kami akan memberi tahu Anda di materi ini apa itu perangkat, perkembangan apa yang sudah ada dan bagaimana teknologi akan berkembang di masa depan.

Dari elastik ke " manusia Besi»

Sains dan teknologi, tanpa berlebihan, merupakan perlombaan kecerdikan paling sengit antara manusia dan alam. Sepanjang sejarahnya, manusia telah mencoba mengubah dunia di sekitarnya agar sesuai dengan kebutuhannya. Di suatu tempat dia berhasil, seringkali bukannya tanpa merugikan alam. Anda harus melihatnya di suatu tempat. Meskipun sebagian besar invertebrata memiliki kerangka luar dalam satu atau lain bentuk, manusia tidak. Tapi tidak ada sayap?

Saat ini, exoskeleton berarti pakaian mekanis atau bagiannya yang tingginya mencapai 2–2,5 meter. Berikutnya adalah "mobile suit", mech, dan robot humanoid raksasa lainnya.

Seperti banyak hal lain dalam hidup kita, kerangka luar secara bertahap melintasi batas yang memisahkan mimpi liar dan kehidupan sehari-hari. Awalnya hanya ide, konsep, mitos dan legenda fiksi ilmiah, kini versi baru exoskeleton bermunculan hampir setiap minggu.

Penemu exoskeleton pertama adalah “insinyur mesin” Rusia Nikolai Ferdinandovich Yagn, yang mendaftarkan sejumlah paten mengenai topik ini pada tahun 1890-an. Dia tinggal di Amerika, di mana, pada kenyataannya, dia mematenkan keajaibannya, menunjukkannya di pameran, dan setelah kembali ke sana tanah air diciptakan kembali. Kerangka luarnya seharusnya membuat berjalan, berlari, dan melompat lebih mudah bagi prajurit. Meski begitu, sang jenius Rusia sudah meramalkan potensi kekuatan militer dari perangkat semacam itu.

NICHOLAY
Ferdinandovich YAGN

Selain kerangka luar, Yagn mengembangkan tirai pendingin, motor hidrolik, baling-baling berayun, alat sterilisasi samovar, dan perangkat lainnya.

Hardiman

Tidak dapat disangkal bahwa penulis fiksi ilmiah memberikan kontribusi yang sangat besar terhadap pengembangan kerangka luar. Pada tahun 1959, setelah novel terkenal Robert Heinlein “Starship Troopers,” menjadi jelas bagi semua orang bahwa frame suit eksternal adalah masa depan operasi militer dan banyak lagi. Dan kita berangkat.

Exoskeleton pertama dibuat oleh General Electric dengan dukungan Departemen Pertahanan AS pada tahun 1960an. Hardiman memiliki berat 680 kilogram dan mampu mengangkat beban hingga 110 kilogram. Terlepas dari semua ambisinya yang besar - dan mereka ingin menggunakannya di bawah air, dan di luar angkasa, dan untuk membawa hulu ledak dan batang nuklir - kapal ini tidak menunjukkan dirinya dengan cara terbaik. Mereka dengan mudah melupakannya.

perangkat “pedomotor” yang samar-samar mengingatkan pada kerangka luar oleh penemu Leslie S. Kelly, yang dikembangkan pada tahun 1917

Sembilan tahun kemudian, Miomir Vukobratovic dari Beograd, Yugoslavia, menunjukkan exoskeleton power walk pertama, yang tujuannya adalah untuk diberikan kepada penderita kelumpuhan. anggota tubuh bagian bawah kesempatan untuk berjalan. Perangkat ini didasarkan pada penggerak pneumatik. Ilmuwan Soviet dari Institut Pusat Traumatologi dan Ortopedi dinamai N. N. Priorov mengambil inisiatif pertama untuk mengembangkan kerangka luar bersama dengan rekan-rekan Yugoslavia berdasarkan karya Vukobratovich. Tetapi dengan dimulainya perestroika, proyek-proyek tersebut ditutup, dan tidak ada informasi tentang rahasia pengembangan kerangka luar bawah tanah. Tapi semuanya baik-baik saja dengan eksplorasi ruang angkasa.

DI DALAM waktu yang berbeda di berbagai negara, pengrajin mencoba membuat kerangka luar untuk berbagai keperluan, namun karena berbagai kendala (yang akan kita bahas nanti), hal ini sangat tidak mungkin dilakukan. Kurangnya sumber daya energi, lambatnya pertumbuhan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, perkembangan ilmu material dan ilmu-ilmu terkait lainnya, serta perkembangan komputasi komputer dan sibernetika yang gelombangnya baru meningkat sekitar 30 tahun yang lalu, semuanya melambat. pengembangan exoskeleton. Tanpa ragu lagi, ini teknologi canggih yang belum dikuasai orang.

Masalah dengan kerangka luar

Tidak banyak bahan di planet ini yang dapat digunakan untuk membuat rangka kaku dan tidak akan memperparah masalah karena bobotnya. Bagaimanapun, jumlahnya tidak banyak, tetapi dengan mempertimbangkan penerbangan luar angkasa, perkembangan militer, perkembangan ilmu material, nanoteknologi, dan selusin bidang menarik lainnya, umat manusia secara bertahap menghadapi rintangan demi rintangan. Pada awal abad ke-21, minat terhadap exoskeleton berkobar dengan kekuatan yang luar biasa dan terus membara hingga hari ini. Namun pertama-tama, mari kita bahas masalah utama yang dihadapi pembuat exoskeleton.

Jika kita memecah kerangka luar hipotetis menjadi komponen-komponennya, kita akan mendapatkan: sumber tenaga, kerangka mekanis, dan perangkat lunak. Dan jika semuanya tampak jelas dengan dua poin terakhir dan hampir tidak ada masalah yang tersisa, maka pasokan listrik adalah masalah yang serius. Dengan sumber tenaga yang normal, para insinyur tidak hanya dapat membuat kerangka luar, tetapi juga menggabungkannya dengan pakaian antariksa dan jetpack. Hasilnya mungkin adalah setelan Iron Man, tetapi Tony Stark yang baru belum muncul.

Sumber daya kompak mana pun saat ini dapat menyediakan kerangka luar hanya dalam beberapa jam daya tahan baterai. Berikutnya adalah ketergantungan pada kawat. Untuk tidak dapat diisi ulang dan baterai Ada beberapa batasan, seperti perlunya penggantian atau pengisian daya yang lambat. Mesin pembakaran internal harus sangat andal, tetapi tidak terlalu kompak. Selain itu, dalam kasus terakhir Anda akan membutuhkannya sistem tambahan pendinginan, dan mesin pembakaran internal itu sendiri sulit dikonfigurasi untuk emisi instan jumlah besar energi. Sel bahan bakar elektrokimia dapat dengan cepat diisi dengan bahan bakar cair (seperti metanol) dan memberikan keluaran energi yang diinginkan dan segera, namun beroperasi pada suhu yang sangat tinggi. 600 derajat Celcius - relatif suhu rendah untuk sumber listrik seperti itu. Dengan itu, “manusia besi” akan berubah menjadi hot dog.

Anehnya, paling banyak pilihan yang memungkinkan Solusi terhadap masalah bahan bakar untuk exoskeleton di masa depan mungkin merupakan solusi yang paling mustahil: transfer energi nirkabel. Ini dapat menyelesaikan banyak masalah, karena dapat ditularkan dari reaktor yang sangat besar (termasuk reaktor nuklir). Tapi bagaimana caranya? Pertanyaannya terbuka.

Kerangka luar pertama terbuat dari aluminium dan baja, yang murah dan mudah digunakan. Namun baja terlalu berat, dan kerangka luar juga harus bekerja untuk mengangkat bebannya sendiri. Oleh karena itu, jika setelannya berat, efektivitasnya akan menurun. Paduan aluminium Mereka cukup ringan, tetapi menumpuk kelelahan, yang berarti mereka tidak cocok untuk beban tinggi. Insinyur sedang mencari cahaya dan bahan tahan lama seperti titanium atau serat karbon. Mereka pasti akan mahal, tetapi akan memberikan efektivitas exoskeleton.

Drive menimbulkan masalah tertentu. Silinder hidrolik standar sangat kuat dan dapat beroperasi dengan presisi tinggi, namun berat dan memerlukan banyak selang dan pipa. Pneumatik, sebaliknya, terlalu tidak dapat diprediksi dalam hal penanganan gerakan, karena pegas gas terkompresi dan gaya reaksi akan mendorong aktuator.

Namun, servo berbasis elektronik baru sedang dikembangkan yang akan menggunakan magnet dan memberikan gerakan responsif dengan konsumsi daya minimal dan ukuran kecil. Anda dapat membandingkannya dengan peralihan dari lokomotif uap ke kereta api. Mari kita perhatikan juga fleksibilitas yang seharusnya dimiliki sambungan, tetapi di sini masalah kerangka luar dapat diselesaikan oleh pengembang pakaian antariksa. Mereka juga akan membantu Anda mengetahui cara menyesuaikan setelan dengan ukuran pemakainya.

Kontrol

Tantangan khusus saat membuat exoskeleton adalah pengelolaan dan pengaturan gerakan berlebihan dan tidak diinginkan. Anda tidak bisa begitu saja membuat exoskeleton dengan kecepatan reaksi yang sama untuk setiap anggota. Mekanisme seperti ini mungkin terlalu cepat bagi pengguna, namun membuatnya terlalu lambat tidaklah efektif. Di sisi lain, Anda tidak dapat mengandalkan pengguna dan memercayai sensor untuk membaca niat dari gerakan tubuh: ketidaksinkronan gerakan pengguna dan pakaiannya akan menyebabkan cedera. Penting untuk membatasi kedua pihak yang bertindak. Para insinyur sedang mencari solusi untuk masalah ini. Selain itu, gerakan yang tidak disengaja atau tidak diinginkan harus dideteksi terlebih dahulu agar bersin atau batuk yang tidak disengaja tidak menyebabkan dipanggilnya ambulans.

Exoskeleton dan masa depan

Pada tahun 2010, Sarcos dan Raytheon, bersama dengan Departemen Pertahanan AS, menunjukkan exoskeleton tempur XOS 2. Prototipe pertama keluar dua tahun sebelumnya, tetapi tidak menimbulkan kehebohan. Namun XOS 2 ternyata sangat keren sehingga majalah Time memasukkan exoskeleton ke dalam daftar lima inovasi militer terbaik tahun ini. Sejak saat itu, para insinyur terkemuka dunia telah memutar otak untuk menciptakan kerangka luar yang dapat memberikan keunggulan di medan perang. Dan di luarnya juga.

Apa yang kita punya hari ini?

Exoskeleton ini diperkenalkan pada tahun 2011 dan ditujukan untuk penderita kecacatan. Pada bulan Januari 2013, versi terbaru, ReWalk Rehabilitation, dirilis, dan pada bulan Juni 2014, FDA menyetujui penggunaan exoskeleton di depan umum dan di rumah, sehingga membuka jalan untuk itu secara komersial. Sistem ini berbobot sekitar 23,3 kilogram, berjalan pada Windows dan memiliki tiga mode: berjalan, duduk, dan berdiri. Biaya: dari 70 hingga 85 ribu dolar.

Serangkaian exoskeleton militer ini sedang dalam pengembangan aktif (XOS 3 berikutnya). Beratnya sekitar 80 kilogram dan memungkinkan pemiliknya dengan mudah mengangkat 90 kilogram ekstra. Model terbaru Setelannya sangat mobile sehingga memungkinkan Anda bermain dengan bola. Menurut pabrikan, satu XOS dapat menggantikan tiga tentara. Mungkin exoskeleton generasi ketiga akan lebih mirip dengan apa yang kita lihat di layar film fiksi ilmiah tahun terakhir. Sayangnya, untuk saat ini, ini terikat pada sumber daya eksternal.

Pembawa Beban Universal Manusia - penciptaan perusahaan terkenal Lockheed Martin bekerja sama dengan Berkeley Bionics. Exoskeleton ini juga ditujukan untuk militer. Dasarnya adalah baterai hidrolik dan lithium-polimer. Dengan memuat rangka luar dengan benar, pengguna dapat menggunakannya untuk mengangkut kelebihan muatan hingga 140 kilogram. Diharapkan tentara dapat menggunakan HULC ala "truk saya dan teman saya" selama 72 jam. Pembangunan sedang berlangsung ayunan penuh, jadi tidak mengherankan jika HULC mungkin menjadi yang pertama memasuki layanan di Amerika Serikat.

ExoHiker, ExoClimber dan eLEGS (Ekso)

Prototipenya lagi-lagi adalah Berkeley Bionics, yang dirancang untuk melakukan berbagai tugas. Yang pertama diharapkan dapat membantu wisatawan membawa beban hingga 50 kilogram, diperkenalkan pada bulan Februari 2005 dan beratnya sekitar 10 kilogram. Mengingat panel suryanya kecil, ia bisa bekerja dalam waktu yang sangat-sangat lama. ExoClimber adalah tambahan sepuluh kilogram pada ExoHiker yang memungkinkan pemakainya melompat dan menaiki tangga. Pada tahun 2010, pengembangan Berkeley Bionics menghasilkan eLEGS. Sistem ini merupakan kerangka luar hidrolik lengkap yang memungkinkan orang lumpuh untuk berjalan dan berdiri. Pada tahun 2011, eLEGS berganti nama menjadi Ekso. Beratnya 20 kilogram dan bergerak bersama kecepatan maksimum dengan kecepatan 3,2 km/jam dan berjalan selama 6 jam.

Eksoskeleton sensasional lainnya dari pabrikan robot Jepang Cyberdyne. Tujuannya untuk memberikan kemampuan berjalan bagi penyandang disabilitas. Ada dua varian utama: HAL-3 dan HAL-5. Sejak diperkenalkan pada tahun 2011, dalam waktu kurang dari setahun, HAL telah diadopsi oleh lebih dari 130 institusi medis di seluruh negeri. Namun, pengujian akan terus berlanjut sepanjang tahun 2014 dan mungkin tahun 2015. Pada bulan Agustus 2013, HAL diberikan kekuasaan penuh untuk digunakan sebagai robot medis di Eropa. Model jas terbaru memiliki berat sekitar 10 kilogram.

Biaya rata-rata kerangka luar medis -
90 ribu dolar.

Selain exoskeleton seluruh tubuh yang serius, exoskeleton terbatas yang dirancang untuk melakukan tugas tertentu menjadi semakin populer. Misalnya, pada bulan Agustus tahun ini, bangku bekas Chairless Chair ditampilkan, memungkinkan Anda duduk sambil berdiri. Daewoo dan Lockheed Martin secara independen mendemonstrasikan kerangka luar untuk pekerja galangan kapal. Perangkat ini memungkinkan pekerja untuk memegang beban atau perkakas yang beratnya mencapai 30 kilogram tanpa terlalu mengejan.

Di Rusia, pengembangan kerangka luar yang disebut “ExoAtlet” sedang dikembangkan oleh tim ilmuwan yang berkumpul di Lembaga Penelitian Mekanika Universitas Negeri Moskow. Mereka melanjutkan perkembangan Vukobratovich, yang dimulai di Uni Soviet, yang kami sebutkan di atas. Eksoskeleton pasif pertama yang berfungsi dari tim ini dikembangkan untuk pekerja darurat, petugas pemadam kebakaran, dan penyelamat. Dengan berat 12 kilogram, desainnya memungkinkan Anda membawa kargo hingga 100 kilogram dengan mudah. Perusahaan berencana untuk mengembangkan model tenaga ExoAtler-A, yang memungkinkannya membawa beban hingga 200 kilogram, serta kerangka luar medis untuk rehabilitasi penyandang disabilitas.

Kesamaan dari semua kostum ini adalah bahwa sebagian besar kostum tersebut disajikan sebagai prototipe. Artinya, mereka akan mengalami peningkatan. Artinya, uji lapangan menanti mereka. Artinya akan ada model-model baru. Artinya, mereka adalah masa depan. Masih terlalu dini untuk mengatakan bahwa kerangka luar yang berfungsi dan berguna dapat dibeli di pasar gelap. Namun sebuah permulaan telah dibuat, dan perkembangan ke arah ini dengan penuh percaya diri memasuki arus utama. Kita masih jauh dari kostum Tony Stark, tapi apa yang menghalangi kita menikmati film spektakuler? Penggemar pertarungan spektakuler yang melibatkan exoskeleton akan selalu memiliki sesuatu untuk ditonton: “Aliens” (1986), “Iron Man” (2008), “Avatar” (2009), “District No. 9” (2009), “The Avengers” ( 2012), “ Elysium" (2013), "Tepi Masa Depan" (2014).

Satu hal yang pasti: kerangka luar akan ada di mana-mana di masa depan. Mereka akan membantu astronot kita menjelajahi Mars, membangun koloni pertama, dan menavigasi ruang angkasa dengan nyaman. Mereka akan digunakan di segmen militer, karena secara default mereka memberikan kekuatan manusia super kepada tentara. Mereka akan memberikan kesempatan untuk bergerak sepenuhnya kepada mereka yang telah kehilangannya. Setelan Iron Man suatu hari nanti akan menjadi nyata, sama seperti semua yang Anda lihat di sekitar Anda.

"ExoAtlet"

Jika Anda salah satu dari mereka yang menonton semua bagian Iron Man dengan senang hati, Anda mungkin senang baju besi, yang dikenakan Tony Stark sebelum melawan penjahat. Setuju, alangkah baiknya memiliki setelan seperti itu. Selain kemampuannya untuk membawa Anda kemana saja dalam sekejap mata, bahkan untuk roti, itu akan melindungi tubuh Anda dari segala jenis kerusakan dan memberikan kekuatan manusia super.

Mungkin tidak mengejutkan Anda bahwa dalam waktu dekat, versi setelan Iron Man yang lebih ringan akan memungkinkan tentara berlari lebih cepat, membawa senjata yang lebih berat, dan menavigasi medan yang kasar. Pada saat yang sama, pakaian itu akan melindungi mereka dari peluru dan bom. Insinyur militer dan perusahaan swasta telah mengerjakan exoskeleton sejak tahun 1960an, namun kemajuan terkini dalam ilmu elektronik dan material telah membawa kita lebih dekat untuk mewujudkan ide ini dibandingkan sebelumnya.

Pada tahun 2010, kontraktor pertahanan Amerika, Raytheon, mendemonstrasikan exoskeleton eksperimental yang disebut XOS 2—yang pada dasarnya adalah pakaian robot yang dikendalikan oleh otak manusia—yang dapat mengangkat dua hingga tiga kali berat manusia tanpa usaha apa pun. bantuan dari luar. Perusahaan lain, Trek Aerospace, sedang mengembangkan kerangka luar dengan jetpack bawaan yang dapat terbang dengan kecepatan 112 km/jam dan melayang tak bergerak di atas tanah. Perusahaan-perusahaan ini dan sejumlah perusahaan menjanjikan lainnya, termasuk monster seperti Lockheed Martin, semakin mendekatkan kostum Iron Man dengan kenyataan setiap tahunnya.

Baca wawancara dengan pencipta exoskeleton Rusia Stakhanov.

kerangka luarXOS 2 dariRaytheon

Perhatikan bahwa tidak hanya militer yang akan mendapat manfaat dari pengembangan kerangka luar yang baik. Suatu hari nanti, orang-orang dengan cedera tulang belakang atau penyakit degeneratif yang membatasi mobilitas akan dapat bergerak dengan mudah berkat pakaian kerangka eksternal. Versi pertama exoskeleton, seperti ReWalk dari Argo Medical Technologies, telah memasuki pasar dan mendapat persetujuan luas. Namun, pada saat ini bidang eksoskeleton masih dalam tahap awal.

Revolusi apa yang dijanjikan oleh exoskeleton masa depan ke medan perang? Hambatan teknis apa yang harus diatasi oleh para insinyur dan desainer agar kerangka luar benar-benar praktis bagi manusia? penggunaan sehari-hari? Mari kita cari tahu.

Sejarah perkembangan exoskeleton

Para pejuang telah mengenakan baju besi di tubuh mereka sejak dahulu kala, tetapi gagasan pertama tentang tubuh dengan otot mekanis muncul dalam fiksi ilmiah pada tahun 1868, di salah satu novel sepeser pun Edward Sylvester Ellis. Buku "Steam Man of the Prairies" menggambarkan seorang raksasa mesin uap bentuk manusia, yang menggerakkan penemunya, Johnny Brainerd yang brilian, dengan kecepatan 96,5 km/jam ketika dia berburu banteng dan Indian.

Tapi ini luar biasa. Paten nyata pertama untuk kerangka luar diterima oleh insinyur mesin Rusia Nikolai Yagn pada tahun 1890-an di Amerika. Perancang, yang terkenal dengan perkembangannya, tinggal di luar negeri selama lebih dari 20 tahun dan mematenkan selusin ide yang menggambarkan kerangka luar yang memungkinkan tentara berlari, berjalan, dan melompat dengan mudah. Namun nyatanya, Yagn hanya dikenal berkat penciptaan “Stoker's Friend” - perangkat otomatis yang menyuplai air ke ketel uap.

Exoskeleton dipatenkan oleh N. Yagn

Pada tahun 1961, dua tahun setelah Marvel Comics membuat Iron Man dan Robert Heinlein menulis Starship Troopers, Pentagon memutuskan untuk membuat exosuit sendiri. Dia berangkat untuk menciptakan "prajurit servo", yang digambarkan sebagai "kapsul manusia yang dilengkapi dengan kemudi dan amplifier" yang memungkinkan benda berat dipindahkan dengan cepat dan mudah, serta melindungi pemakainya dari peluru, gas beracun, panas. dan radiasi. Pada pertengahan tahun 1960-an, insinyur Universitas Cornell, Neil Meisen, telah mengembangkan kerangka luar berbingkai seberat 15,8 kilogram, yang dijuluki “setelan superman” atau “penguat manusia”. Ini memungkinkan pengguna untuk mengangkat 453 kilogram dengan masing-masing tangan. Pada saat yang sama, General Electric telah mengembangkan perangkat serupa sepanjang 5,5 meter, yang disebut “pedipulator”, yang dikendalikan oleh operator dari dalam.

Meskipun langkah-langkah ini sangat menarik, namun tidak berhasil. Setelan tersebut terbukti tidak praktis, namun penelitian terus dilakukan. Pada tahun 1980-an, para ilmuwan di Laboratorium Los Alamos menciptakan desain yang disebut pakaian Pitman, sebuah kerangka luar untuk digunakan oleh pasukan Amerika. Namun, konsepnya tetap sebatas itu saja papan gambar. Sejak itu, dunia telah melihat beberapa perkembangan lagi, namun kurangnya bahan dan keterbatasan energi tidak memungkinkan kita untuk melihat kostum Iron Man yang sebenarnya.

Selama bertahun-tahun, produsen exoskeleton terhambat oleh keterbatasan teknologi. Komputer terlalu lambat untuk memproses perintah yang menggerakkan pakaian tersebut. Tidak ada pasokan listrik yang cukup untuk membuat exoskeleton cukup portabel, dan otot aktuator elektromekanis yang menggerakkan anggota badan terlalu lemah dan besar untuk berfungsi secara "manusiawi". Meskipun demikian, sebuah permulaan telah dibuat. Ide tentang exoskeleton ternyata terlalu menjanjikan bagi bidang militer dan medis untuk berpisah begitu saja.

Manusia-mesin

Pada awal tahun 2000-an, upaya untuk membuat setelan Iron Man yang sebenarnya mulai mencapai tujuan.

Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan DARPA, inkubator Pentagon untuk teknologi eksotik dan maju, meluncurkan program senilai $75 juta untuk membuat kerangka luar yang melengkapi tubuh manusia dan kinerjanya. Daftar persyaratan DARPA cukup ambisius: badan tersebut menginginkan sebuah kendaraan yang memungkinkan seorang tentara tanpa kenal lelah membawa ratusan kilogram kargo selama berhari-hari, mendukung senjata besar yang biasanya memerlukan dua operator, dan mampu membawa tentara yang terluka keluar dari kapal. medan perang jika diperlukan. Dalam hal ini, mobil harus kebal terhadap api, dan juga melompat tinggi. Banyak yang langsung menganggap rencana DARPA tidak dapat dilaksanakan.

Tapi tidak semua.

Sarcos - dipimpin oleh pencipta robot Steve Jacobsen, yang sebelumnya menciptakan dinosaurus mekanik seberat 80 ton - muncul sistem inovasi, di mana sensor menggunakan sinyal-sinyal ini untuk mengontrol serangkaian katup, yang pada gilirannya mengatur hidrolika di bawah tekanan tinggi pada sambungan. Sambungan mekanis menggerakkan silinder yang dihubungkan dengan kabel yang meniru tendon yang menghubungkan otot manusia. Hasilnya, lahirlah exoskeleton XOS eksperimental, yang membuat seseorang tampak seperti serangga raksasa. Sarcos akhirnya diakuisisi oleh Raytheon, yang melanjutkan pengembangan untuk memperkenalkan setelan generasi kedua lima tahun kemudian.

Eksoskeleton XOS 2 sangat menarik perhatian publik sehingga majalah Time memasukkannya ke dalam daftar 5 Teratas tahun 2010.

Sementara itu, perusahaan lain, seperti Berkeley Bionics, berupaya mengurangi jumlah energi yang dibutuhkan prostetik buatan agar kerangka luar dapat berfungsi cukup lama agar praktis. Salah satu proyek dari tahun 2000an, Human Load Carrier (HULC), dapat beroperasi hingga 20 jam dengan sekali pengisian daya. Kemajuan bergerak maju sedikit demi sedikit.

Eksoskeleton HAL

Pada akhir dekade ini, perusahaan Jepang Cyberdyne telah mengembangkan pakaian robot yang disebut HAL, yang bahkan lebih menakjubkan dalam desainnya. Alih-alih mengandalkan kontraksi otot operator manusia, HAL mengoperasikan sensor yang dapat membaca sinyal listrik otak operator. Secara teori, exoskeleton berbasis HAL-5 memungkinkan pengguna melakukan apa pun yang mereka inginkan hanya dengan memikirkannya, tanpa menggerakkan satu otot pun. Namun untuk saat ini, kerangka luar ini adalah proyek masa depan. Dan mereka punya masalahnya sendiri. Misalnya, hanya sedikit kerangka luar yang disetujui untuk penggunaan umum hingga saat ini. Sisanya masih diuji.

Masalah pembangunan

Pada tahun 2010, proyek DARPA untuk membuat kerangka luar membuahkan hasil tertentu. Saat ini, sistem exoskeleton canggih yang beratnya mencapai 20 kilogram mampu mengangkat beban hingga 100 kilogram muatan dengan hampir tidak ada upaya operator. Pada saat yang sama, exoskeleton terbaru lebih senyap dibandingkan printer kantor, dapat bergerak dengan kecepatan 16 km/jam, melakukan jongkok dan melompat.

Belum lama ini, salah satu kontraktor pertahanan, Lockheed Martin, memperkenalkan exoskeleton yang dirancang untuk angkat berat. Apa yang disebut “exoskeleton pasif”, yang dirancang untuk pekerja galangan kapal, hanya memindahkan beban ke kaki exoskeleton di tanah.

Perbedaan antara exoskeleton modern dan eksoskeleton yang dikembangkan pada tahun 60an adalah dilengkapi dengan sensor dan penerima GPS. Dengan demikian, hal ini semakin meningkatkan pertaruhan untuk penggunaan militer. Tentara dapat memperoleh banyak manfaat dengan menggunakan kerangka luar tersebut, mulai dari penentuan posisi geografis yang tepat hingga kekuatan super tambahan. DARPA juga mengembangkan kain otomatis yang dapat digunakan pada rangka luar untuk memantau kesehatan jantung dan pernapasan.

Jika industri Amerika terus bergerak di jalur ini, maka dalam waktu dekat mereka akan memiliki kendaraan yang tidak hanya mampu bergerak “lebih cepat, lebih tinggi, lebih kuat,” namun juga membawa beberapa ratus muatan tambahan. Namun, setidaknya perlu beberapa tahun lagi sebelum "yang sebenarnya" manusia Besi"Akan memasuki medan perang.

Seperti yang sering terjadi, perkembangan badan-badan militer (misalnya Internet) dapat memberikan manfaat besar di masa damai, karena teknologi tersebut pada akhirnya akan muncul dan membantu masyarakat. Menderita kelumpuhan total atau sebagian, penderita luka-luka sumsum tulang belakang dan atrofi otot akan mampu menjalani hidup yang lebih memuaskan. Berkeley Bionics, misalnya, sedang menguji eLegs, kerangka luar bertenaga baterai yang memungkinkan seseorang berjalan, duduk, atau sekadar berdiri dalam jangka waktu lama.

Satu hal yang pasti: proses perkembangan pesat exoskeleton dimulai pada awal abad ini (sebut saja gelombang kedua), dan bagaimana semuanya berakhir akan segera diketahui. Teknologi tidak pernah tinggal diam, dan jika para insinyur mengambil sesuatu, mereka akan membawanya ke kesimpulan logis.

Exoskeleton membantu orang lumpuh berjalan, mempermudah kerja keras, melindungi prajurit di medan perang, dan memberi kita kekuatan super.

1. Pemuat Daya Tautan Aktif

Dinamakan berdasarkan exoskeleton terkenal dari film Aliens, Activelink Power Loader dirancang untuk meringankan beban berat kerja manual pemiliknya, tanpa memandang usia, jenis kelamin, dan ukuran tubuhnya, dan bertujuan untuk “menciptakan masyarakat tanpa batasan” menurut siaran pers dari Activelink, anak perusahaan dari produsen elektronik terkenal Jepang, Panasonic.

2. HAL

HAL (Hybrid Assistive Limb) adalah exoskeleton mekanis asal Jepang yang dikembangkan oleh Cyberdine Inc. (ya, sama seperti orang-orang yang memulai semuanya di Terminator), dibuat sebagai prototipe pada tahun 1997, dan sekarang digunakan di rumah sakit Jepang untuk membantu pasien yang sakit parah dalam aktivitas sehari-hari mereka. Diketahui juga bahwa HAL digunakan oleh pekerja konstruksi Jepang dan bahkan penyelamat selama likuidasi kecelakaan Fukushima-1 pada tahun 2011.

3. Ekso Bionik

14. Proyek “Berjalan Lagi”

Piala Dunia FIFA 2014 di Brazil dibuka oleh Juliano Pinto yang mengalami lumpuh dari pinggang ke bawah dan diberi hak untuk menendang bola Piala Dunia terlebih dahulu. Hal ini dimungkinkan berkat kerangka luar yang terhubung langsung ke otaknya, yang dikembangkan oleh Duke University. Acara ini merupakan bagian dari proyek Walk Again, yang dibuat oleh tim beranggotakan 150 orang yang dipimpin oleh ahli saraf ternama dan tokoh terkemuka di bidang antarmuka mesin otak, Dr. Miguel Nicolelis. Juliano Pinto hanya berpikir bahwa dia ingin menendang bola, kerangka luarnya mencatat aktivitas otak dan mengaktifkan mekanisme yang diperlukan untuk pergerakan.

Saya ingat menonton “Avatar” dan benar-benar terpana dengan kerangka luar yang ditampilkan di sana. Sejak saat itu, menurut saya masa depan terletak pada perangkat keras pintar ini. Saya juga sangat ingin menerapkan tangan kecil saya yang salah arah pada topik ini. Selain itu, menurut lembaga analisis ABI Research, pasar global untuk exoskeleton akan mencapai $1,8 miliar pada tahun 2025. Pada tahap ini, bukan sebagai teknisi, insinyur, arsitek, atau pemrogram, saya agak bingung. Saya sedang memikirkan bagaimana mendekati topik ini. Saya akan senang jika orang-orang yang berpotensi tertarik untuk berpartisipasi dalam proyek semacam itu akan disebutkan di komentar artikel tersebut.
Saat ini ada empat perusahaan utama yang beroperasi di pasar exoskeleton: American Indego, Israel ReWalk, Japanese Hybrid Assistive Limb, dan Ekso Bionics. Biaya rata-rata produk mereka adalah 75 hingga 120 ribu euro. Di Rusia, masyarakat juga tidak bisa duduk diam tanpa melakukan apa pun. Misalnya, perusahaan Exoathlete secara aktif mengerjakan exoskeleton medis.

Exoskeleton pertama dikembangkan bersama oleh General Electric dan militer Amerika Serikat pada tahun 60an, dan disebut Hardiman. Ia mampu mengangkat beban 110 kg dengan daya angkat 4,5 kg. Namun, hal itu tidak praktis karena bobotnya yang signifikan yaitu 680 kg. Proyek ini tidak berhasil. Setiap upaya untuk menggunakan kerangka luar secara penuh mengakibatkan gerakan intens yang tidak terkendali, sehingga tidak pernah diuji sepenuhnya dengan orang di dalamnya. Penelitian lebih lanjut terfokus pada satu tangan. Meskipun dia seharusnya mengangkat 340 kg, beratnya adalah 750 kg, dua kali lipat gaya angkatnya. Tanpa menyatukan semua komponen untuk bekerja penggunaan praktis Proyek Hardiman terbatas.

Selanjutnya akan ada cerita singkat tentang exoskeleton modern, yang entah bagaimana telah mencapai tingkat implementasi komersial.

1. Berjalan mandiri. Tidak memerlukan kruk atau alat stabilisasi lainnya, sambil membiarkan tangan Anda bebas.
4. Kerangka luar untuk kaki memungkinkan Anda untuk: berdiri/duduk, berbalik, berjalan mundur, berdiri dengan satu kaki, menaiki tangga, berjalan di berbagai permukaan, bahkan permukaan miring.
5. Perangkat ini sangat mudah dikendalikan - semua fungsi diaktifkan menggunakan joystick.
6. Perangkat dapat digunakan sepanjang hari berkat baterai berkapasitas tinggi yang dapat dilepas.
7. Dengan bobot REX yang ringan hanya 38 kilogram, mampu menopang pengguna dengan berat hingga 100 kilogram dan tinggi 1,42 hingga 1,93 meter.
8. Sistem yang nyaman fiksasi tidak menimbulkan ketidaknyamanan meskipun Anda memakainya sepanjang hari.
9. Selain itu, saat pengguna tidak bergerak, melainkan hanya berdiri, REX tidak membuang-buang daya baterai.
10. Akses menuju gedung tanpa landai, berkat kemampuan menaiki tangga tanpa bantuan.

HAL

Harga di Rusia: mereka menjanjikan 243.600 rubel. Informasi tersebut tidak dapat dikonfirmasi.

Fitur dan spesifikasi:

1. Berat perangkat 12 kg.
3. Perangkat dapat bekerja dari 60 hingga 90 menit tanpa mengisi ulang.
4. Exoskeleton secara aktif digunakan dalam rehabilitasi pasien dengan patologi fungsi motorik ekstremitas bawah karena gangguan pada sistem saraf pusat atau akibat penyakit neuromuskular.

Berjalan kembali

Harga di Rusia: dari 3,4 juta rubel (sesuai pesanan).

Fitur dan spesifikasi:

1. Berat perangkat 25 kg.
2. Kerangka luar dapat menopang beban hingga 80 kg.
3. Perangkat dapat bekerja hingga 180 menit tanpa mengisi ulang.
4. Waktu pengisian baterai 5-8 jam
5. Exoskeleton secara aktif digunakan dalam rehabilitasi pasien dengan patologi fungsi motorik ekstremitas bawah karena gangguan pada sistem saraf pusat atau sebagai akibat dari penyakit neuromuskular.

Exo bionik

Harga di Rusia: dari 7,5 juta rubel (sesuai pesanan).

Fitur dan spesifikasi:

1. Berat perangkat 21,4 kg.
2. Kerangka luar dapat menopang beban hingga 100 kg.
3. Lebar pinggul maksimum: 42cm;
4. Berat baterai: 1,4 kg;
5. Dimensi (TxLxT): 0,5 x 1,6 x 0,4 m.
6. Eksoskeleton secara aktif digunakan dalam rehabilitasi pasien dengan patologi fungsi motorik ekstremitas bawah akibat gangguan pada sistem saraf pusat atau akibat penyakit neuromuskular.

DM

Harga di Rusia: 700.000 rubel.

Fitur dan spesifikasi:

1. Berat perangkat 21 kg.
2. Kerangka luar harus menopang berat pengguna hingga 100 kg.
3. Cakupan penerapannya bisa jauh lebih luas daripada rehabilitasi pasien dengan patologi fungsi motorik ekstremitas bawah akibat gangguan sistem saraf pusat atau akibat penyakit neuromuskular. Ini bisa berupa industri, konstruksi, bisnis pertunjukan, dan industri fashion.

Masalah untuk diskusi:

1. Apa itu komposisi optimal tim proyek?
2. Berapa biaya proyek pada tahap awal?
3. Apa saja kendalanya?
4. Bagaimana Anda melihatnya waktu optimal implementasi proyek dari ide hingga peluncuran komersial?
5. Apakah proyek seperti ini layak dimulai sekarang dan mengapa?
6. Bagaimana seharusnya geografi dan perluasan pasar?
7. Apakah Anda secara pribadi siap untuk mengambil bagian dalam proyek tersebut dan jika ya, dalam kapasitas apa?

ZY Saya akan berterima kasih atas diskusi konstruktif, pendapat, argumen dan argumen yang mendukung dan menentang dalam komentar. Saya yakin bukan hanya saya saja yang memikirkan hal ini. Sementara itu, saya yakin exoskeleton adalah iPhone baru dalam budaya populer dunia dalam sepuluh tahun ke depan.

kerangka luar buatan sendiri

Bagaimana Anda bisa mengimplementasikan exoskeleton sendiri?

Untuk membuatnya sangat kuat, seperti yang saya pahami, Anda harus tetap menggunakan hidrolika.
Agar sistem hidrolik berfungsi, Anda memerlukan:

- Bingkai tahan lama dan dapat dipindahkan
-minimal set yang diperlukan piston hidrolik (saya akan menyebutnya "otot")
- dua buah pompa vakum, dua buah ruang bertekanan dengan sistem katup yang dihubungkan dengan sebuah tabung.
-tabung yang dapat menahan tekanan tinggi.
-Sumber Daya listrik kerangka luar
Untuk mengontrol sistem katup:
-Komputer kecil yang mati
-sekitar 30 sensor dengan tujuh (misalnya) derajat sebanding dengan derajat keterbukaan katup
- program khusus yang mampu membaca status sensor dan mengirimkan perintah terkait ke katup.

Mengapa semua ini diperlukan:

- “otot” dan rangka sebenarnya adalah keseluruhan sistem muskuloskeletal.
-pompa vakum. kenapa dua? sehingga yang satu meningkatkan tekanan di ruang tekanan, pipa dan otot, dan yang kedua menguranginya.
-ruang bertekanan dihubungkan dengan tabung. dalam satu, naikkan tekanan, yang kedua, turunkan, dan lengkapi tabung dengan katup yang terbuka hanya dalam dua kasus: menyamakan tekanan, memastikan cairan dalam keadaan diam.
-katup. itu sederhana dan sistem yang efisien kontrol, yang akan tergantung pada tekanan di ruang tekanan dan kontrol komputer. meningkatkan tekanan di ruang tekanan dengan membuka katup saluran "otot yang tertekan" akan memungkinkan tindakan tertentu, meningkatkan tekanan pada piston hidrolik, menggerakkan bagian kerangka (rangka).

Sensor, kenapa sekitar tiga puluh? Dua untuk kaki, tiga untuk kaki, enam untuk lengan dan 4 untuk punggung. bagaimana cara mengaturnya? melawan gerakan anggota badan. sehingga kaki yang didorong ke depan memberikan tekanan dari dalam pada kerangka luar dan pada sensor di sisi dalamnya. Saya akan menjelaskan lebih lanjut mengapa demikian.
- komputer dengan program. Tugas utama komputer dan programnya adalah memastikan bahwa sensor tidak mengalami tekanan, maka orang di dalamnya tidak akan merasakan perlawanan yang tidak perlu dari kerangka luar, yang akan berusaha mengulangi gerakan manusia terlepas dari aktivitas sarafnya, otot atau indikator biometrik lainnya, sehingga memungkinkan penggunaan sensor yang jauh lebih murah dibandingkan, misalnya, pada kerangka luar berteknologi tinggi. sinyal sensor untuk komputer harus dibagi menjadi dua kelompok: dengan kontrol tanpa syarat sistem hidrolik dan diterima hanya dengan syarat bahwa sensor yang berlawanan dengan kontrol tanpa syarat tidak mengalami tekanan. Penerapan ini akan menjaga kaki yang bertumpu dengan lutut di lantai dari ekstensi otomatis jika orang tersebut tidak meluruskannya sendiri. Namun untuk melakukan ini, orang yang berada di dalam exoskeleton harus mengangkat kakinya dari tanah (atau dia perlu mengurangi sensitivitas sensor yang dipicu oleh kondisi tersebut secara terprogram). Menggunakan kaki sebagai contoh: letakkan sensor dengan sinyal tanpa syarat di sisi depan, dan sensor dengan sinyal tanpa syarat di belakang. Bayangkan sendiri bagaimana gerakan itu akan dilakukan. ketika seseorang menekuk kakinya, maka exoskeleton kaki tersebut akan menekuk meskipun seluruh beban orang tersebut bertumpu pada sensor yang memanjangkan kaki tersebut. Di sini, dengan menggunakan akselerometer (atau perangkat lain yang serupa dengan perangkat vestibular), Anda dapat secara terprogram mengatur perubahan sinyal sensor tanpa syarat tergantung pada posisi tubuh di ruang angkasa, menghilangkan terpuntirnya kerangka luar saat jatuh telentang.

Selanjutnya untuk menambah kekuatan, membuat tangan berjari tiga, kuat, Anda bisa menggabungkan hidrolik dan kabel logam. tangan harus terpisah dari tangan manusia, yaitu di depan sendi pergelangan tangan, hal ini akan menghilangkan kesulitan desain yang terkait dengan kehadiran tangan manusia di tangan eksoskeleton dan tidak akan membiarkan cedera tangan manusia, serta kaki manusia harus berada pada sendi pergelangan kaki kerangka luar dan dilindungi.
-kontrol tangan. Sedikit ruang bebas untuk dua pertiga kebebasan bergerak tangan dan jari-jari tangan seseorang di tangan exoskeleton dan sistem tiga cincin pada kabel, tiga jari dari jari kelingking ke jari tengah di satu jari, telunjuk di jari lainnya dan ibu jari di yang ketiga. semua kontrol bermuara pada fakta bahwa jari-jari manusia, menggerakkan cincin yang dipasang di atasnya, menggulir roda sensor dengan kabel, tergantung pada rotasi yang ditekuk dan diluruskan oleh jari-jari kerangka luar. ini akan menghilangkan upaya hidrolik yang tidak perlu untuk memanjangkan atau membengkokkan jari-jari rangka luar melebihi kemampuan desainnya. Gunakan satu kabel untuk dua cincin, satu atau dua. Mengapa? karena jari-jari dari kelingking hingga jari telunjuk perlu ditekuk dan diluruskan hanya ke satu arah, dan ibu jari ke dua arah. Jika mau, Anda bisa memeriksanya sendiri.

Sumber Daya listrik kerangka luar- lagi-lagi ada hal buruk yang keluar dengan ini. Anda hanya perlu memilih sumber listrik saja perhitungan yang diperlukan, optimalisasi maksimum desain exoskeleton dan pengukuran konsumsi energinya.