Havayı ses hızıyla yırtın ve demir elbisenizin dikişlerine doğru kollarınızı uzatarak ufka doğru koşun. Göz açıp kapayıncaya kadar her yerde olun küre trafik sıkışıklığında oturmak zorunda kalmadan. Bir uçağa veya daha güçlü bir şeye binmeden kanatsız uçmak. Tony Stark'ın en güzel anlarında (tabii ki Iron Man kostümüyle) onun yerinde olmak istemeyen biri bana taş atsın. Bu hayaller kısmen, dış çerçeve nedeniyle kişinin yeteneklerini (çoğunlukla fiziksel, kas gücü) artırabilen bir cihaz olan bir dış iskelet tarafından gerçekleştirilebilecek. Bu materyalde size bu cihazın ne olduğunu, halihazırda hangi gelişmelerin mevcut olduğunu ve gelecekte teknolojilerin nasıl gelişeceğini anlatacağız.

Esnek durumdan " Demir Adam»

Bilim ve teknoloji, abartısız, insan ve doğa arasındaki en şiddetli yaratıcılık yarışıdır. İnsanoğlu tüm tarihi boyunca etrafındaki dünyayı kendi ihtiyaçlarına göre yeniden yaratmaya çalışmıştır. Bir yerlerde başarılı oluyor, çoğu zaman doğaya zarar vermeden. Ona bir yerden bakmalısın. Çoğu omurgasızın şu ya da bu şekilde bir dış iskeleti olsa da insanlarda yoktur. Ama kanatları yoktu?

Günümüzde dış iskelet, yüksekliği 2-2,5 metreye kadar olan mekanik bir elbise veya onun bir parçası anlamına geliyor. Daha sonra "mobil giysiler", mekanikler ve diğer dev insansı robotlar geliyor.

Hayatımızdaki pek çok şey gibi, dış iskeletler de yavaş yavaş çılgın hayallerle günlük yaşamı ayıran sınırı aşıyor. Başlangıçta bilim kurgunun sadece fikirleri, kavramları, mitleri ve efsaneleri vardı, bugün dış iskeletlerin yeni versiyonları neredeyse her hafta ortaya çıkıyor.

Dış iskeletin ilk mucidinin, 1890'larda bu konuyla ilgili bir dizi patenti tescil ettiren Rus "makine mühendisi" Nikolai Ferdinandovich Yagn olduğu düşünülüyor. Aslında mucizelerinin patentini aldığı, sergilerde sergilediği ve geri döndüğünde Amerika'da yaşadı. memleket yeniden keşfedilmiş. Dış iskeletinin ilk etapta asker için yürümeyi, koşmayı ve zıplamayı kolaylaştırması gerekiyordu. O zaman bile Rus dehası bu tür cihazların potansiyel askeri gücünü öngördü.

NICHOLAY
Ferdinandoviç YAGN

Yagn, dış iskelete ek olarak soğutma perdeleri, hidrolik motor, sallanan pervane, semaver sterilizatörü ve diğer cihazları geliştirdi.

Hardiman

Bilim kurgu yazarlarının dış iskeletlerin gelişimine devasa ve çok büyük katkıları olduğunu inkar etmeyelim. 1959'da, Robert Heinlein'in beğenilen romanı "Yıldız Gemisi Askerleri"nden sonra, dış çerçeve kıyafetlerinin askeri operasyonların ve daha fazlasının geleceği olduğu herkes için açık hale geldi. Ve gidiyoruz.

İlk dış iskelet 1960'larda ABD Savunma Bakanlığı'nın desteğiyle General Electric tarafından yaratıldı. Hardiman 680 kilogram ağırlığındaydı ve 110 kilograma kadar olan yükleri kaldırabiliyordu. Tüm devasa hırslarına rağmen - ve onu su altında ve uzayda kullanmak, savaş başlıkları ve nükleer çubuklar taşımak istiyorlardı - kendisini en iyi şekilde göstermedi. Onu rahatça unuttular.

1917'de geliştirilen, mucit Leslie S. Kelly'nin dış iskeletlerini belli belirsiz anımsatan bir "pedomotor" cihazı

Dokuz yıl sonra, Yugoslavya'nın Belgrad kentinden Miomir Vukobratoviç, amacı felçli insanlara vermek olan ilk güçlü yürüyen dış iskeleti gösterdi. alt uzuvlar yürüme fırsatı. Cihaz pnömatik bir tahrike dayanıyordu. N. N. Priorov'un adını taşıyan Merkezi Travmatoloji ve Ortopedi Enstitüsü'nden Sovyet bilim adamları, Vukobratovich'in çalışmalarına dayanarak Yugoslav meslektaşlarıyla birlikte dış iskelet geliştirmeye yönelik ilk girişimleri yaptılar. Ancak perestroyka'nın başlamasıyla birlikte projeler kapatıldı ve dış iskeletlerin yeraltındaki gizli gelişimi hakkında hiçbir bilgi yok. Ancak uzay araştırmalarında her şey yolundaydı.

İÇİNDE farklı zaman farklı ülkelerde ustalar dış iskelet yapmaya çalıştılar. çeşitli amaçlar için ancak çeşitli engeller nedeniyle (bunlardan daha sonra bahsedeceğiz), bu son derece zayıf bir şekilde mümkün oldu. Enerji kaynaklarının eksikliği, bilimsel ve teknolojik ilerlemenin yavaş büyümesi, malzeme bilimi ve diğer ilgili bilimlerin gelişmesinin yanı sıra dalgası yaklaşık 30 yıl önce yükselen bilgisayar bilişimi ve sibernetiğin gelişimi, tüm bunlar yavaşladı dış iskeletlerin gelişimi. Hiç şüphesiz bu gelişmiş teknolojiler insanların henüz ustalaşamadığı bir şey.

Dış iskeletle ilgili sorunlar

Bu gezegende sert bir çerçeve yapabileceğiniz ve ağırlığı nedeniyle durumu ağırlaştırmayacak çok fazla malzeme yok. Her durumda, bunlardan çok fazla yoktu, ancak uzay uçuşları, askeri gelişmeler, malzeme biliminin gelişimi, nanoteknoloji ve bir düzine kadar başka ilginç alan dikkate alındığında, insanlık yavaş yavaş birbiri ardına engelleri aşıyor. 21. yüzyılın başında dış iskeletlere olan ilgi olağanüstü bir güçle alevlendi ve günümüze kadar yanmaya devam ediyor. Ama önce dış iskelet yaratıcılarının karşılaştığı temel sorunlardan bahsedelim.

Varsayımsal bir dış iskeleti bileşenlerine ayırırsak, elimizde şunlar bulunur: bir güç kaynağı, mekanik bir iskelet ve yazılım. Ve eğer son iki noktada her şey açık görünüyorsa ve neredeyse hiç sorun kalmadıysa, o zaman güç kaynağı ciddi bir sorundur. Normal bir güç kaynağına sahip olan mühendisler, yalnızca bir dış iskelet oluşturmakla kalmadı, aynı zamanda onu bir uzay giysisi ve jetpack ile de birleştirebildiler. Sonuç muhtemelen bir Iron Man kostümü olacaktır ancak yeni Tony Stark henüz ortaya çıkmadı.

Günümüzün kompakt güç kaynaklarının herhangi biri, dış iskeleti yalnızca birkaç saat içinde sağlayabilmektedir. pil ömrü. Sonraki tele bağımlılıktır. Şarj edilemeyen ve piller Sırasıyla değiştirme veya yavaş şarj etme ihtiyacı gibi bazı sınırlamalar vardır. İçten yanmalı motorlar çok güvenilir olmalı ancak özellikle kompakt olmamalıdır. Üstelik ikinci durumda ihtiyacınız olacak ek sistem soğutma ve içten yanmalı motorun anlık emisyonlara göre yapılandırılması zordur büyük miktar enerji. Elektrokimyasal yakıt hücreleri, sıvı yakıtla (metanol gibi) hızlı bir şekilde doldurulabilir ve istenen ve anında enerji çıkışını sağlayabilir, ancak aşırı yüksek sıcaklıklarda çalışır. 600 santigrat derece - nispeten düşük sıcaklık böyle bir güç kaynağı için. Bununla birlikte "demir adam" sosisli sandviçe dönüşecek.

Garip bir şekilde, en olası seçenek Geleceğin dış iskeletlerinde yakıt sorununun çözümü belki de en imkansız olanı: Kablosuz enerji aktarımı. Pek çok sorunu çözebilir çünkü keyfi olarak büyük bir reaktörden (nükleer reaktör dahil) iletilebilir. Ama nasıl? Soru açık.

İlk dış iskeletler ucuz ve kullanımı kolay olan alüminyum ve çelikten yapılmıştır. Ancak çelik çok ağırdır ve dış iskeletin de kendi ağırlığını kaldıracak şekilde çalışması gerekir. Buna göre elbisenin ağır olması halinde etkinliği azalacaktır. Alüminyum alaşımları Oldukça hafiftirler ancak yorgunluk biriktirirler, bu da özellikle yüksek yükler için uygun olmadıkları anlamına gelir. Mühendisler ışık arıyor ve dayanıklı malzemeler titanyum veya karbon fiber gibi. Kaçınılmaz olarak pahalı olacaklar, ancak dış iskeletin etkinliğini sağlayacaklar.

Sürücüler belirli bir sorun teşkil etmektedir. Standart hidrolik silindirler güçlüdür ve büyük bir hassasiyetle çalışabilirler, ancak ağırdırlar ve tonlarca hortum ve boru gerektirirler. Öte yandan pnömatik, sıkıştırılmış gazlı yaylar ve tepki kuvvetleri aktüatörleri iteceğinden taşıma hareketleri açısından fazla tahmin edilemez.

Bununla birlikte, mıknatıs kullanan ve minimum güç tüketen ve küçük olan, duyarlı hareketler sağlayacak yeni elektronik tabanlı servolar geliştirilmektedir. Bunu buharlı lokomotiflerden trenlere geçişe benzetebiliriz. Eklemlerin sahip olması gereken esnekliğe de dikkat edelim, ancak burada dış iskeletlerin sorunları uzay giysisi geliştiricileri tarafından çözülebilir. Ayrıca elbiseyi kullanıcının bedenine nasıl uyarlayacağınızı anlamanıza da yardımcı olacaklar.

Kontrol

Dış iskelet oluştururken karşılaşılan özel bir zorluk, aşırı ve istenmeyen hareketlerin yönetimi ve düzenlenmesidir. Her üye için aynı tepki hızına sahip bir dış iskelet yapamazsınız. Böyle bir mekanizma kullanıcı için çok hızlı olabilir ancak çok yavaş olması etkisizdir. Öte yandan, vücut hareketlerinden niyetleri okuma konusunda kullanıcıya ve sensörlere güvenemezsiniz: kullanıcının ve giysinin hareketlerinin senkronizasyonunun bozulması yaralanmaya yol açacaktır. Her iki hareket eden tarafı da sınırlamak gerekir. Mühendisler bu sorunun çözümü üzerinde kafa yoruyorlar. Ayrıca kazara hapşırma veya öksürmenin ambulansın çağrılmasına yol açmaması için kasıtsız veya istenmeyen hareketlerin önceden tespit edilmesi gerekir.

Dış iskeletler ve gelecek

2010 yılında Sarcos ve Raytheon, ABD Savunma Bakanlığı ile birlikte XOS 2 savaş dış iskeletini gösterdiler.İlk prototip iki yıl önce çıktı, ancak heyecan yaratmadı. Ancak XOS 2 o kadar harika çıktı ki Time dergisi yılın en iyi beş askeri yeniliği listesine dış iskeletleri de dahil etti. O zamandan beri dünyanın önde gelen mühendisleri, savaş alanında avantaj sağlayabilecek dış iskeletler yaratmak için beyinlerini zorluyorlar. Ve onun dışında da.

Bugün neyimiz var?

Bu dış iskelet 2011 yılında tanıtıldı ve engelli insanlara yönelikti. engelliler. Ocak 2013'te güncellenmiş bir versiyon olan ReWalk Rehabilitation piyasaya sürüldü ve Haziran 2014'te FDA dış iskeletin kamusal alanda ve evde kullanımını onayladı ve böylece ticari olarak bunun önünü açtı. Sistem yaklaşık 23,3 kilogram ağırlığında, Windows üzerinde çalışıyor ve üç modu var: yürüme, oturma ve ayakta durma. Maliyet: 70 ila 85 bin dolar.

Bu askeri dış iskeletlerden bir dizi aktif geliştirme aşamasındadır (sırada XOS 3 var). Yaklaşık 80 kilogram ağırlığındadır ve sahibinin fazladan 90 kilogramı kolayca kaldırmasına olanak tanır. En son modeller Kıyafetler o kadar hareketli ki topla oynamanıza izin veriyor. Üreticilerin belirttiği gibi bir XOS, üç askerin yerini alabilir. Belki de dış iskeletin üçüncü nesli bilim kurgu filmlerinin ekranlarında gördüklerimize daha yakın olacak son yıllar. Ne yazık ki şimdilik harici bir güç kaynağına bağlı.

İnsan Evrensel Yük Taşıyıcısı - yaratım ünlü şirket Lockheed Martin, Berkeley Bionics ile işbirliği içinde. Bu dış iskelet aynı zamanda orduya da yöneliktir. Temel hidrolik ve lityum polimer pillerdir. Kullanıcı, dış çerçeveyi doğru şekilde yükleyerek 140 kilograma kadar fazla kargo taşımak için kullanabilir. Askerlerin 72 saat boyunca HULC'u "benim ve arkadaşımın kamyonu" olarak kullanabilmesi bekleniyor. Geliştirme devam ediyor tam kapasite ile çalışmak Bu nedenle HULC'nin Amerika Birleşik Devletleri'nde hizmete giren ilk araç olması şaşırtıcı değil.

ExoHiker, ExoClimber ve eLEGS (Ekso)

Prototipler yine çeşitli görevleri yerine getirmek üzere tasarlanmış Berkeley Bionics'tir. İlki, yolcuların 50 kilograma kadar yük taşımasına yardımcı olacak, Şubat 2005'te tanıtılmıştı ve yaklaşık 10 kilogram ağırlığındaydı. Küçük güneş paneli dikkate alındığında çok çok uzun süre çalışabilir. ExoClimber, ExoHiker'a eklenen, kullanıcının merdiven atlamasına ve tırmanmasına olanak tanıyan on kilogramlık bir eklentidir. 2010 yılında Berkeley Bionics'in geliştirmeleri eLEGS ile sonuçlandı. Bu sistem, felçli kişilerin yürümesine ve ayakta durmasına olanak tanıyan tam teşekküllü bir hidrolik dış iskelettir. 2011 yılında eLEGS'in adı Ekso olarak değiştirildi. 20 kilo ağırlığında ve hareket ediyor azami hız 3,2 km/saat hızla ve 6 saat boyunca koşuyor.

Japon robot üreticisi Cyberdyne'den sansasyonel bir dış iskelet daha. Amacı engelli insanlara yürüme yeteneği kazandırmaktır. İki ana varyant vardır: HAL-3 ve HAL-5. HAL, 2011'deki sunumundan bu yana, bir yıldan kısa bir süre içinde ülke çapında 130'dan fazla tıp kurumu tarafından benimsendi. Ancak testler 2014 ve muhtemelen 2015 boyunca devam edecek. Ağustos 2013'te HAL'a Avrupa'da tıbbi robot olarak kullanılması için tam yetki verildi. Takımın en yeni modeli yaklaşık 10 kilo ağırlığında.

Tıbbi bir dış iskeletin ortalama maliyeti -
90 bin dolar.

Ciddi tam vücut dış iskeletlerinin yanı sıra, belirli görevleri yerine getirmek üzere tasarlanmış sınırlı dış iskeletler de giderek daha popüler hale geliyor. Örneğin bu yılın ağustos ayında, ayakta oturulabilmesini sağlayan Sandalyesiz Sandalye eski taburesi görücüye çıktı. Daewoo ve Lockheed Martin bağımsız olarak tersane çalışanları için dış iskeletleri gösterdiler. Bu cihazlar, çalışanların 30 kilograma kadar ağırlığa sahip bir yükü veya aleti çok fazla zorlamadan tutmasına olanak tanır.

Rusya'da, "ExoAtlet" adı verilen bir dış iskeletin geliştirilmesi, Moskova Devlet Üniversitesi Mekanik Araştırma Enstitüsü'nde bir araya gelen bir bilim insanı ekibi tarafından geliştiriliyor. Yukarıda bahsettiğimiz Vukobratovich'in SSCB'de başlattığı gelişmelere devam ediyorlar. Bu ekibin ilk çalışan pasif dış iskeleti acil durum çalışanları, itfaiyeciler ve kurtarıcılar için geliştirildi. 12 kilogram ağırlığa sahip olan tasarım, 100 kilograma kadar yükleri zahmetsizce taşımanıza olanak tanıyor. Şirket, 200 kilograma kadar taşıma olanağı sağlayacak ExoAtler-A güç modelinin yanı sıra engelli kişilerin rehabilitasyonuna yönelik tıbbi bir dış iskelet geliştirmeyi planlıyor.

Tüm bu kostümlerin ortak noktası çoğunlukla prototip olarak sunulmasıdır. Bu da gelişecekleri anlamına geliyor. Bu da onları saha testlerinin beklediği anlamına geliyor. Bu da yeni modellerin olacağı anlamına geliyor. Bu onların gelecek olduğu anlamına gelir. Çalışan ve kullanışlı bir dış iskeletin karaborsadan satın alınabileceğini söylemek için henüz çok erken. Ancak bir başlangıç ​​​​yapıldı ve bu yöndeki gelişme güvenle geniş bir ana akıma giriyor. Tony Stark'ın kostümüne hâlâ çok uzağız ama bizi muhteşem filmlerin tadını çıkarmaktan alıkoyan ne? Dış iskeletlerin yer aldığı muhteşem hesaplaşmaların hayranları her zaman izleyecek bir şeye sahip olacak: “Uzaylılar” (1986), “Demir Adam” (2008), “Avatar” (2009), “Bölge No. 9” (2009), “Yenilmezler” ( 2012), “ Elysium" (2013), "Yarının Sınırında" (2014).

Kesin olan bir şey var: Dış iskeletler gelecekte her yerde olacak. Astronotlarımızın Mars'ı keşfetmesine, ilk kolonileri kurmasına ve uzayda rahatça gezinmesine yardımcı olacaklar. Varsayılan olarak askerlere insanüstü güç kazandırdıkları için askeri segmentte kullanılacaklar. Kaybedenlere tamamen taşınma fırsatı verecekler. Iron Man kostümü, etrafınızda gördüğünüz her şey gibi bir gün gerçek olacak.

"ExoAtlet"

Eğer siz de Iron Man'in tüm bölümlerini büyük bir keyifle izleyenlerdenseniz muhtemelen çok memnun kalmışsınızdır. demir takım elbise Tony Stark'ın kötü adamlarla savaşmadan önce giydiği. Katılıyorum, böyle bir takım elbiseye sahip olmak güzel olurdu. Sizi göz açıp kapayıncaya kadar her yere, hatta ekmek için bile götürebilme özelliğinin yanı sıra, vücudunuzu her türlü zarardan koruyacak ve insanüstü bir güç verecektir.

Yakında Iron Man kostümünün daha hafif bir versiyonunun askerlerin daha hızlı koşmasına, daha ağır silahlar taşımasına ve engebeli arazide yol almasına olanak sağlaması muhtemelen sizi şaşırtmayacaktır. Aynı zamanda bu kıyafet onları kurşunlardan ve bombalardan koruyacaktır. Askeri mühendisler ve özel şirketler 1960'lardan bu yana dış iskelet üzerinde çalışıyorlar, ancak elektronik ve malzeme bilimindeki son gelişmeler bizi bu fikri gerçekleştirmeye her zamankinden daha fazla yaklaştırdı.

2010 yılında Amerikalı savunma yüklenicisi Raytheon, XOS 2 adı verilen, insan beyni tarafından kontrol edilen robotik bir giysi olan ve herhangi bir çaba harcamadan bir insanın ağırlığının iki ila üç katını kaldırabilen deneysel bir dış iskeleti gösterdi. dışarıdan yardım. Başka bir şirket olan Trek Aerospace, saatte 112 km hızla uçabilen ve yerin üzerinde hareketsiz bir şekilde havada durabilen, yerleşik bir jetpack'e sahip bir dış iskelet geliştiriyor. Bunlar ve aralarında Lockheed Martin gibi canavarların da bulunduğu bir dizi gelecek vaat eden şirket, Iron Man kostümünü her yıl gerçeğe biraz daha yaklaştırıyor.

Rus dış iskeletinin yaratıcısı Stakhanov ile yapılan röportajı okuyun.

Dış iskeletXOS 2'denRaytheon

İyi bir dış iskeletin geliştirilmesinden yalnızca ordunun faydalanmayacağını unutmayın. Bir gün omurilik yaralanması veya hareket kabiliyetini kısıtlayan dejeneratif hastalıkları olan kişiler, dış çerçeveli takımlar sayesinde rahatlıkla hareket edebilecek. Argo Medical Technologies'den ReWalk gibi dış iskeletlerin ilk versiyonları halihazırda pazara girmiş ve geniş çapta onay almıştır. Ancak şu an Dış iskelet alanı henüz emekleme aşamasındadır.

Gelecekteki dış iskeletler savaş alanına nasıl bir devrim getirmeyi vaat ediyor? Dış iskeletleri gerçekten kullanışlı hale getirmek için mühendislerin ve tasarımcıların hangi teknik engelleri aşması gerekiyor? günlük kullanım? Hadi çözelim.

Dış iskeletlerin gelişim tarihi

Savaşçılar çok eski zamanlardan beri vücutlarına zırh takıyorlar, ancak mekanik kaslara sahip bir vücudun ilk fikri bilim kurguda 1868'de Edward Sylvester Ellis'in ucuz romanlarından birinde ortaya çıktı. "Ozların Buhar Adamı" kitabında bir dev anlatılıyor buhar motoru Mucidi Johnny Brainerd'ı boğaları ve Kızılderilileri avlarken saatte 96,5 km hızla hareket ettiren insan formu.

Ama bu harika. Dış iskelete ilişkin ilk gerçek patent, 1890'larda Amerika'da Rus makine mühendisi Nikolai Yagn tarafından alındı. Geliştirmeleriyle tanınan tasarımcı, 20 yıldan fazla bir süre yurt dışında yaşadı ve askerlerin kolaylıkla koşmasına, yürümesine ve zıplamasına olanak tanıyan bir dış iskeleti anlatan bir düzine fikrin patentini aldı. Ancak aslında Yagn, yalnızca buhar kazanlarına su sağlayan otomatik bir cihaz olan "Stoker'in Arkadaşı" nın yaratılmasıyla tanınır.

N. Yagn tarafından patentli dış iskelet

1961'de, Marvel Comics'in Iron Man'i ortaya çıkarmasından ve Robert Heinlein'in Starship Troopers'ı yazmasından iki yıl sonra, Pentagon kendi dış kostümlerini yapmaya karar verdi. Ağır nesnelerin hızlı ve kolay bir şekilde hareket ettirilmesine olanak tanıyan ve kullanıcıyı kurşunlardan, zehirli gazdan, ısıdan ve ısıdan koruyan, "yönlendirme ve yükselticilerle donatılmış bir insan kapsülü" olarak tanımlanan bir "servo asker" yaratmak için yola çıktı. radyasyon. 1960'ların ortalarında Cornell Üniversitesi mühendisi Neil Meisen, "süpermen kıyafeti" veya "insan amplifikatörü" olarak adlandırılan 15,8 kilogramlık giyilebilir çerçeveli bir dış iskelet geliştirdi. Kullanıcının her koluyla 453 kilogram kaldırmasına olanak tanıyordu. Aynı zamanda General Electric, içeriden bir operatör tarafından kontrol edilen, "pedipülatör" adı verilen 5,5 metrelik benzer bir cihaz geliştirmişti.

Bu çok ilginç adımlara rağmen başarı ile taçlandırılmadılar. Giysilerin pratik olmadığı ortaya çıktı, ancak araştırmalar devam etti. 1980'lerde Los Alamos Laboratuvarı'ndaki bilim adamları, Amerikan birlikleri tarafından kullanılacak bir dış iskelet olan Pitman kıyafeti için bir tasarım yarattılar. Ancak konsept yalnızca çizim Tahtası. O zamandan bu yana dünya birçok gelişmeye daha tanık oldu, ancak malzeme eksikliği ve enerji sınırlamaları gerçek Iron Man kostümünü görmemize izin vermedi.

Yıllardır dış iskelet üreticileri teknolojinin sınırları nedeniyle engellendi. Bilgisayarlar, giysilere güç veren komutları işlemek için çok yavaştı. Dış iskeleti yeterince taşınabilir hale getirmek için yeterli güç kaynağı yoktu ve uzuvları hareket ettiren elektromekanik aktüatör kaslar, "insan" gibi çalışamayacak kadar zayıf ve hantaldı. Yine de bir başlangıç ​​yapılmıştı. Dış iskelet fikrinin askeri ve tıbbi alanlar için ondan vazgeçilemeyecek kadar umut verici olduğu ortaya çıktı.

İnsan-makine

2000'li yılların başında gerçek bir Iron Man kostümü yaratma arayışı bir yere varmaya başladı.

Pentagon'un egzotik ve ileri teknolojiler kuluçka merkezi olan Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı DARPA, insan vücudunu ve performansını tamamlayacak bir dış iskelet oluşturmak için 75 milyon dolarlık bir program başlattı. DARPA'nın ihtiyaç listesi oldukça iddialıydı: Teşkilat, bir askerin günlerce yorulmadan yüzlerce kiloluk kargo taşımasına olanak tanıyacak, genellikle iki operatör gerektiren büyük silahları destekleyebilecek ve yaralı bir askeri sahadan taşıyabilecek bir araç istiyordu. gerekirse savaş alanı. Bu durumda, arabanın ateşe dayanıklı olması ve aynı zamanda yükseğe zıplaması gerekir. Birçoğu DARPA'nın planının uygulanamaz olduğunu hemen düşündü.

Fakat hepsi değil.

Daha önce 80 tonluk mekanik bir dinozor yaratan robot yaratıcısı Steve Jacobsen liderliğindeki Sarcos, yenilik sistemi, sensörler bu sinyalleri bir dizi valfi kontrol etmek için kullandı ve bu da eklemlerdeki yüksek basınç altında hidrolikleri düzenledi. Mekanik eklemler, insan kaslarını birbirine bağlayan tendonları taklit eden kablolarla birbirine bağlanan silindirleri hareket ettiriyordu. Sonuç olarak, insanı dev bir böceğe benzeten deneysel dış iskelet XOS doğdu. Sarcos sonunda Raytheon tarafından satın alındı ​​ve Raytheon, beş yıl sonra takımın ikinci neslini tanıtmak için geliştirmeye devam etti.

XOS 2 dış iskeleti kamuoyunu o kadar heyecanlandırdı ki Time dergisi onu 2010 yılının En İyi 5 listesine dahil etti.

Bu arada Berkeley Bionics gibi diğer şirketler de dış iskeletin pratik olacak kadar uzun süre çalışabilmesi için yapay protezlerin gerektirdiği enerji miktarını azaltmak için çalışıyorlardı. 2000'li yıllardan kalma bir proje olan İnsan Yük Taşıyıcısı (HULC), tek şarjla 20 saate kadar çalışabiliyordu. İlerleme yavaş yavaş ilerliyordu.

Dış iskelet HAL

On yılın sonunda Japon şirketi Cyberdyne, tasarımı daha da inanılmaz olan HAL adında bir robot kıyafeti geliştirdi. HAL, bir insan operatörün kas kasılmalarına güvenmek yerine, okuyan sensörler üzerinde çalışıyordu. elektrik sinyalleri operatörün beyni. Teorik olarak HAL-5 tabanlı bir dış iskelet, kullanıcının tek bir kası bile hareket ettirmeden, sadece düşünerek istediği her şeyi yapmasına olanak tanıyabilir. Ancak şimdilik bu dış iskeletler geleceğin bir projesi. Ve onların da kendi sorunları var. Örneğin, bugüne kadar yalnızca birkaç dış iskelet kamu kullanımı için onaylanmıştır. Geri kalanların testleri halen devam ediyor.

Kalkınma sorunları

2010 yılına gelindiğinde, dış iskelet yaratmaya yönelik DARPA projesi belirli sonuçlara yol açtı. Şu anda ağırlığı 20 kilograma kadar olan gelişmiş dış iskelet sistemleri 100 kilograma kadar kaldırabiliyor yük neredeyse hiç operatör çabası gerektirmez. Aynı zamanda, en yeni dış iskeletler bir ofis yazıcısından daha sessizdir, saatte 16 km hızla hareket edebilir, çömelme ve zıplama işlemlerini gerçekleştirebilir.

Kısa bir süre önce savunma yüklenicilerinden Lockheed Martin, ağır kaldırmaya yönelik dış iskeletini tanıttı. Tersane çalışanları için tasarlanan ve "pasif dış iskelet" olarak adlandırılan bu yapı, yükü yalnızca dış iskeletin yerdeki bacaklarına aktarıyor.

Modern dış iskeletlerin 60'larda geliştirilenlerden farkı, sensörler ve GPS alıcılarıyla donatılmış olmasıdır. Böylece askeri kullanıma yönelik riskler daha da artırılıyor. Askerler bu tür dış iskeletleri kullanarak hassas konum belirlemeden ek süper güçlere kadar pek çok avantaj elde edebilirler. DARPA ayrıca kalp ve solunum sağlığını izlemek için dış iskeletlerde kullanılabilecek otomatik kumaşlar da geliştiriyor.

Amerikan endüstrisi bu yolda ilerlemeye devam ederse, çok yakında yalnızca "daha hızlı, daha yükseğe, daha güçlü" hareket etmekle kalmayıp aynı zamanda birkaç yüz ek yük taşıyabilen araçlara sahip olacak. Ancak gerçeğin ortaya çıkması için en az birkaç yıl daha geçmesi gerekecek " Demir Adamlar"Savaş alanına gireceğiz.

Çoğu zaman olduğu gibi, askeri kurumların (örneğin İnternet'i düşünün) gelişmeleri barış zamanında büyük fayda sağlayabilir, çünkü teknoloji eninde sonunda ortaya çıkacak ve insanlara yardım edecektir. Tam veya kısmi felç geçiren, yaralanan kişiler omurilik ve kas atrofisi daha tatmin edici bir yaşam sürdürebilecek. Örneğin Berkeley Bionics, bir kişinin uzun süre yürümesine, oturmasına veya sadece ayakta durmasına olanak tanıyan, pille çalışan bir dış iskelet olan eLegs'i test ediyor.

Kesin olan bir şey var: Dış iskeletlerin hızlı gelişim süreci bu yüzyılın başında başladı (buna ikinci dalga diyelim) ve her şeyin nasıl biteceği çok çok yakında belli olacak. Teknolojiler asla yerinde durmaz ve eğer mühendisler bir şeyi üstlenirlerse onu mantıklı bir sonuca ulaştırırlar.

Dış iskeletler felçlilerin yürümesine yardımcı olur, zorlu işleri kolaylaştırır, savaş alanındaki askerleri korur ve bize süper güçler verir.

1. Activelink Güç Yükleyici

Adını Uzaylılar filmindeki ünlü dış iskeletten alan Activelink Güç Yükleyici, ağır yükleri hafifletmek için tasarlandı el emeği Sahibi, yaşı, cinsiyeti ve büyüklüğü ne olursa olsun, ünlü Japon elektronik üreticisi Panasonic'in yan kuruluşu Activelink'in basın açıklamasına göre "kısıtlamaların olmadığı bir toplum yaratmayı" hedefliyor.

2.HAL

HAL (Hibrit Yardımcı Uzuv), Cyberdine Inc. tarafından geliştirilen Japonya'dan mekanik bir dış iskelettir. (evet, tıpkı Terminatör'de her şeyi başlatan adamlar gibi), 1997'de bir prototip olarak yaratıldı ve şu anda Japon hastanelerinde ağır hastaların günlük aktivitelerinde yardımcı olmak için kullanılıyor. HAL'ın 2011 yılında Fukushima-1 kazasının tasfiyesi sırasında Japon inşaat işçileri ve hatta kurtarıcılar tarafından da kullanıldığı biliniyor.

3. Ekso Biyonik

14. “Yeniden Yürü” Projesi

Brezilya'da düzenlenen 2014 FIFA Dünya Kupası'nın açılışı, belden aşağısı felçli olan ve Dünya Kupası topuna ilk vurma hakkı verilen Juliano Pinto tarafından açıldı. Bu, Duke Üniversitesi tarafından geliştirilen ve doğrudan beynine bağlanan bir dış iskelet sayesinde mümkün oldu. Bu etkinlik, ünlü nörolog ve beyin-makine arayüzleri alanında önde gelen isim Dr. Miguel Nicolelis'in liderliğindeki 150 kişilik bir ekip tarafından oluşturulan Walk Again projesinin bir parçası. Juliano Pinto sadece topa vurmak istediğini düşündü, dış iskelet beyin aktivitesini kaydetti ve hareket için gerekli mekanizmaları harekete geçirdi.

“Avatar”ı izlediğimi ve orada gösterilen dış iskeletler karşısında hayrete düştüğümü hatırlıyorum. O zamandan beri geleceğin bu akıllı donanımlarda yattığını düşünüyorum. Ben de gerçekten yanlış yönlendirilmiş küçük ellerimi bu konuya uygulamak istiyorum. Üstelik analitik ajansı ABI Research'e inanırsanız, dış iskeletlerin küresel pazarı 2025 yılına kadar 1,8 milyar dolar olacak. Bu aşamada bir teknisyen, mühendis, mimar ya da programcı olmadığım için kafam biraz karıştı. Bu konuya nasıl yaklaşacağımı düşünüyorum. Bu tür projelere katılma potansiyeli olan kişilerin makaleye yapılan yorumlarda belirtilmesinden memnuniyet duyarım.
Şu anda dış iskelet pazarında faaliyet gösteren dört önemli şirket var: American Indego, İsrail ReWalk, Japon Hibrit Yardımcı Uzuv ve Ekso Bionics. Ürünlerinin ortalama maliyeti 75 ila 120 bin euro arasında. Rusya'da da insanlar hiçbir şey yapmadan oturmuyorlar. Örneğin Exoathlete şirketi aktif olarak tıbbi dış iskeletler üzerinde çalışıyor.

İlk dış iskelet 60'lı yıllarda General Electric ve ABD ordusu tarafından ortaklaşa geliştirildi ve Hardiman olarak adlandırıldı. 4,5 kg kaldırma kuvveti ile 110 kg kaldırabiliyordu. Ancak 680 kg'lık önemli kütlesi nedeniyle pratik değildi. Proje başarılı olmadı. Tam bir dış iskelet kullanmaya yönelik herhangi bir girişim, yoğun kontrolsüz hareketle sonuçlandı ve bunun sonucunda da hiçbir zaman içeride bir kişiyle tam olarak test edilmedi. Daha fazla araştırma bir yandan odaklanmıştı. 340 kg kaldırması gerekirken ağırlığı 750 kg idi, bu da kaldırma kuvvetinin iki katıydı. Çalışmak için tüm bileşenleri bir araya getirmeden pratik kullanım Hardiman'ın projesi sınırlıydı.

Daha sonra, şu ya da bu şekilde ticari uygulama düzeyine ulaşan modern dış iskeletler hakkında kısa bir hikaye olacak.

1. Bağımsız yürüyüş. Ellerinizi serbest bırakırken koltuk değneği veya başka stabilizasyon araçları gerektirmez.
4. Bacakların dış iskeleti şunları yapmanıza olanak tanır: ayağa kalkmak/oturmamak, dönmemek, geriye doğru yürümek, tek ayak üzerinde durmak, merdivenleri çıkmak, çeşitli, eşit eğimli yüzeylerde yürümek.
5. Cihazın kontrolü çok kolaydır - tüm işlevler joystick kullanılarak etkinleştirilir.
6. Yüksek kapasiteli çıkarılabilir pil sayesinde cihaz gün boyu kullanılabilir.
7. REX'in yalnızca 38 kilogramlık hafifliği sayesinde, 100 kilograma kadar ağırlığa ve 1,42 ila 1,93 metre yüksekliğe sahip kullanıcıları destekleyebilir.
8. Kullanışlı sistem Sabitleme tüm gün taksanız bile rahatsızlık vermez.
9. Ayrıca kullanıcı hareket etmediğinde sadece durduğunda REX pil gücünü boşa harcamaz.
10. Merdivenleri yardımsız çıkabilme özelliği sayesinde binalara rampasız erişim.

HAL

Rusya'da fiyat: 243.600 ruble için söz verdiler. Bilgi doğrulanamadı.

Özellikler ve spesifikasyonlar:

1. Cihaz ağırlığı 12 kg.
3. Cihaz, şarj edilmeden 60 ila 90 dakika arasında çalışabilir.
4. Dış iskelet patolojisi olan hastaların rehabilitasyonunda aktif olarak kullanılmaktadır. motor fonksiyonları merkezi sinir sistemi bozuklukları nedeniyle veya nöromüsküler hastalıkların bir sonucu olarak alt ekstremiteler.

Yeniden yürüyüş

Rusya'da fiyat: 3,4 milyon ruble'den (sipariş üzerine).

Özellikler ve spesifikasyonlar:

1. Cihaz ağırlığı 25 kg.
2. Dış iskelet 80 kg'a kadar ağırlığı destekleyebilir.
3. Cihaz, şarj edilmeden 180 dakikaya kadar çalışabilir.
4. Pil şarj süresi 5-8 saat
5. Dış iskelet, merkezi sinir sistemi bozuklukları nedeniyle veya nöromüsküler hastalıkların bir sonucu olarak alt ekstremitelerin motor fonksiyon patolojisi olan hastaların rehabilitasyonunda aktif olarak kullanılmaktadır.

Exo biyonik

Rusya'da fiyat: 7,5 milyon ruble'den (sipariş üzerine).

Özellikler ve spesifikasyonlar:

1. Cihaz ağırlığı 21,4 kg.
2. Dış iskelet 100 kg'a kadar ağırlığı destekleyebilir.
3. Maksimum kalça genişliği: 42cm;
4. Pil ağırlığı: 1,4 kg;
5. Boyutlar (YxGxD): 0,5 x 1,6 x 0,4 m.
6. Dış iskelet, merkezi sinir sistemi bozuklukları nedeniyle veya nöromüsküler hastalıkların bir sonucu olarak alt ekstremite motor fonksiyon patolojisi olan hastaların rehabilitasyonunda aktif olarak kullanılmaktadır.

DM

Rusya'da fiyat: 700.000 ruble.

Özellikler ve spesifikasyonlar:

1. Cihaz ağırlığı 21 kg.
2. Dış iskelet kullanıcının ağırlığını 100 kg'a kadar desteklemelidir.
3. Uygulama kapsamı, merkezi sinir sistemi bozuklukları nedeniyle veya nöromüsküler hastalıkların bir sonucu olarak alt ekstremitelerin motor fonksiyonları patolojisi olan hastaların rehabilitasyonundan çok daha geniş olabilir. Bu endüstri, inşaat, gösteri dünyası ve moda endüstrisi olabilir.

Tartışılacak konular:

1. Nedir optimal kompozisyon proje ekipleri?
2. Projenin başlangıç ​​aşamasındaki maliyeti nedir?
3. Tuzaklar nelerdir?
4. Nasıl görüyorsunuz? optimal zaman Bir projenin fikirden ticari lansmana kadar uygulanması?
5. Şimdi böyle bir projeye başlamaya değer mi ve neden?
6. Coğrafya ve pazar genişlemesi nasıl olmalı?
7. Böyle bir projede yer almaya kişisel olarak hazır mısınız, eğer öyleyse hangi sıfatla?

ZY Yorumlarda yapıcı tartışma, görüş, argüman ve argümanlar için minnettar olurum. Eminim bunu düşünen tek kişi ben değilim. Bu arada dış iskeletin dünya popüler kültüründe önümüzdeki on yılın ufkunda yeni iPhone olduğuna eminim.

DIY dış iskelet

Bir dış iskeleti kendiniz nasıl uygulayabilirsiniz?

Anladığım kadarıyla onu çok güçlü kılmak için hidroliğe bağlı kalmalısınız.
Hidrolik sistemin çalışması için ihtiyacınız olan:

- dayanıklı ve hareketli çerçeve
-minimum düzeyde gerekli set hidrolik pistonlar (onlara “kaslar” diyeceğim)
- iki vakum pompası, bir tüple bağlanan valf sistemine sahip iki basınç odası.
-yüksek basınca dayanabilen borular.
-güç kaynağı dış iskelet
Valf sistemini kontrol etmek için:
-Küçük, ölü bir bilgisayar
-valf açıklığının derecesiyle orantılı yedi (örneğin) dereceli yaklaşık 30 sensör
- sensörlerin durumlarını okuyabilen ve ilgili komutları valflere gönderebilen özel bir program.

Bütün bunlar neden gerekli:

- “Kaslar” ve çerçeve aslında kas-iskelet sisteminin tamamıdır.
-vakum pompası. neden iki? böylece biri basınç odalarındaki, borulardaki ve kaslardaki basıncı arttırır, ikincisi ise azaltır.
-bir tüple birbirine bağlanan basınç odaları. birinde basıncı artırın, ikincisinde azaltın ve tüpü yalnızca iki durumda açılan bir vana ile donatın: basıncı eşitlemek, sıvının rölantisini sağlamak.
-valfler. bu basit ve verimli sistem basınç odasındaki basınca ve bilgisayar kontrolüne bağlı olacak kontrol. “Gerilimli kaslar” kanallarının valflerini açarak basınç odasındaki basıncı artırmak, belirli eylemleri gerçekleştirmenize, hidrolik pistonlar üzerindeki basıncı artırmanıza, iskeletin hareketli parçalarına (çerçeve) izin verecektir.

Sensörler, neden otuz kadar? Ayaklar için iki, bacaklar için üç, kollar için altı ve sırt için 4. bunları nasıl düzenleyeceğiz? uzuvların hareketine karşı. Böylece öne doğru itilen bacak, dış iskelete ve iç tarafındaki sensöre içeriden baskı uygular. Bunun neden böyle olduğunu daha ayrıntılı olarak açıklayacağım.
- programı olan bir bilgisayar. Bilgisayarın ve programın asıl görevi, sensörlerin baskı yaşamamasını sağlamak, daha sonra içerideki kişinin, sinirlerin aktivitesinden bağımsız olarak insan hareketlerini tekrarlamaya çalışacak dış iskeletin gereksiz direncini hissetmemesini sağlamaktır. kaslar veya diğer biyometrik göstergeler, böylece örneğin yüksek teknolojili dış iskeletlerden çok daha ucuz sensörlerin kullanılmasına olanak tanır. Bilgisayara yönelik sensör sinyalleri iki gruba ayrılmalıdır: koşulsuz kontrol ile hidrolik sistem ve yalnızca koşulsuz kontrole sahip karşı sensörün basınçla karşılaşmaması koşuluyla kabul edilir. Bu uygulama, kişinin kendisi düzeltmemesi durumunda bacağın otomatik olarak esnemesini önleyerek dizi yerde olacak şekilde durmasını sağlayacaktır. Ancak bunu yapmak için dış iskeletin içindeki kişinin bacağını yerden kaldırması gerekecek (ya da bu durumun tetiklediği sensörlerin hassasiyetini programlı olarak azaltması gerekecek). Bacağını örnek olarak kullanırsak: Koşulsuz sinyalli sensörleri ön tarafa, koşulsuz sinyalli sensörleri ise arka tarafa yerleştirin. Hareketin nasıl gerçekleştirileceğini kendiniz hayal edin. Bir kişi bacağını büktüğünde, kişinin tüm ağırlığı bacağını uzatan sensörler üzerinde olsa bile dış iskelet bacağı da bükülecektir. Burada, bir ivmeölçer (veya vestibüler cihaza benzer başka bir cihaz) kullanarak, vücudun uzaydaki konumuna bağlı olarak sensör sinyallerinin koşulsuzluğunda programlı bir değişiklik ayarlayabilir ve sırtınıza düştüğünde dış iskeletin bükülmesini ortadan kaldırabilirsiniz.

Daha sonra, gücü artırmak, elleri üç parmaklı yapmak, güçlü kılmak için hidrolik ve metal kabloyu birleştirebilirsiniz. elin insan elinden ayrı olması yani bilek ekleminin önünde olması, dış iskelet elinde insan elinin bulunmasıyla ilişkili tasarım zorluklarını ortadan kaldıracak ve yaralanmaya izin vermeyecektir insan eliİnsan ayağının da dış iskeletin ayak bileği eklemi üzerinde olması ve korunması gerekir.
-el kontrolü. Biraz boş alan dış iskelet elindeki elin ve bir kişinin elinin parmaklarının üçte ikisi hareket serbestliği ve kablolar üzerindeki üç halkadan oluşan bir sistem, birinde küçük parmaktan orta parmağa kadar üç parmak, diğerinde işaret parmağı ve diğerinde işaret parmağı ve başparmak üçüncüde. tüm kontrol, dış iskeletin parmaklarının bükülmesine ve düzeltilmesine bağlı olarak, üzerlerine konulan halkayı hareket ettiren insan parmaklarının, sensör tekerleğini bir kabloyla kaydırması gerçeğine iner. bu, dış iskeletin parmaklarını tasarım yeteneklerinin ötesinde uzatmak veya bükmek için gereksiz hidrolik çabayı ortadan kaldıracaktır. Bir veya iki olmak üzere iki halka için bir kablo kullanın. Neden? çünkü küçük parmaktan işaret parmağına kadar olan parmakların yalnızca bir yönde, başparmağın ise iki yönde bükülmesi ve açılması gerekir. İsterseniz kendi ellerinizle kontrol edebilirsiniz.

Güç kaynağı dış iskelet- burada yine korkunç bir saçmalık ortaya çıkıyor. Sonuçta bir güç kaynağı seçmeniz gerekiyor gerekli hesaplamalar, dış iskelet tasarımının maksimum optimizasyonu ve enerji tüketiminin ölçümü.