Егзоскелети

Иако у последње време све више слушамо о егзоскелетима, испоставља се да историја овог проналаска датира још од деветнаестог века. Сазнајте како се мењао током деценија и како су изгледале прекретнице у његовој еволуцији. 

1. Илустрација из патента Николаја Јагне

1890 – Прве иновативне идеје за стварање егзоскелета датирају из 1890. века. Године 420179, Ницхолас Иагн је патентирао у Сједињеним Државама (Патент бр. УС XNUMX А) „Уређај за олакшавање ходања, трчања и скакања“ (1). Био је то оклоп од дрвета, чија је сврха била да повећа брзину ратника током вишекилометарског марша. Дизајн је постао извор инспирације за даљу потрагу за оптималним решењем.

1961 – Џенерал електрик је 60-их година, заједно са групом научника са Универзитета Комела, започео рад на стварању електро-хидрауличког одела које би подржавало људску вежбу. Сарадња са војском на пројекту Ман Аугментатион довела је до развоја Хардимана (2). Циљ пројекта је био да се направи одело које би имитирало природна кретања човека, омогућавајући му да подигне предмете тешке скоро 700 кг. Само одело је тежило исто, али је опипљива тежина била само 20 кг.

2. Генерал Елецтриц прототип измењивача топлоте

Упркос успеху пројекта, показало се да је његова корисност занемарљива, а почетни примерци би били скупи. Њихове ограничене могућности мобилности и сложени системи напајања на крају су учинили ове уређаје неупотребљивим. Током тестирања установљено је да Хардиман може да подигне само 350 кг, а када се користи током дужег временског периода, има тенденцију да прави опасне, некоординисане покрете. Од даљег развоја прототипа напуштена је само једна рука – уређај је тежио око 250 кг, али је био једнако непрактичан као и претходни егзоскелет.

70-их. – Због своје величине, тежине, нестабилности и проблема са снагом, Хардиман никада није ушао у производњу, али је индустријска рука Ман-Мате укључила технологију неких 60-их. Права на технологију купила је компанија Вестерн Спаце анд Марине, коју је основао један од ГЕ инжењера. Производ је даље развијен и данас постоји у облику велике роботске руке која, користећи повратну везу силе, може подићи тежине до 4500 кг, што га чини идеалним за индустрију челика.

3. Егзоскелети изграђени у Институту Михаило Пупин у Србији.

1972 – Ране активне егзоскелете и хуманоидне роботе развила је на Институту Михајло Пупин у Србији група коју је предводио проф. Миомир Вукобратовић. Прво, развијени су системи кретања ногу да подрже рехабилитацију особа са параплегијом (3). Приликом развоја активних егзоскелета, институт је развио и методе за анализу и контролу људског хода. Неки од ових напретка допринели су развоју данашњих хуманоидних робота високих перформанси. 1972. године на ортопедској клиници у Београду тестиран је активни егзоскелет са пнеуматским погоном и електронским програмирањем за параплегичаре.

1985 – Инжењер у Националној лабораторији Лос Аламос прави егзоскелет назван Питман, енергетски оклоп за пешадије. Управљање уређајем заснивало се на сензорима који скенирају површину лобање, смештеним у посебан шлем. С обзиром на могућности тадашње технологије, био је сувише сложен дизајн да би се произвео. Ограничење је првенствено била недовољна рачунарска снага рачунара. Осим тога, процесирање можданих сигнала и њихово претварање у покрете егзоскелета у то време је остало технички практично немогуће.

4. Егзоскелет одела за спасавање који је дизајнирао Монти Рид.

1986 – Монти Рид, војник америчке војске који је сломио кичму у скоку падобраном, развија егзоскелет за одело за преживљавање (4). Био је инспирисан описима покретних пешадијских одела у научнофантастичном роману Звездани војници Роберта Хајнлајна, које је прочитао док се опорављао у болници. Међутим, Рид је почео да ради на свом уређају тек 2001. године. Године 2005. тестирао је прототип одела за бекство 4,8 калибра на трци за Дан Светог Патрика у Сијетлу, Вашингтон. Програмер тврди да је поставио рекорд за брзину ходања у роботским оделима, прелазећи 4 километра просечном брзином од 14 км/х. Прототип Лифесуит 1,6 могао је да пређе 92 км потпуно напуњен и могао је да подигне XNUMX кг.

1990-данас – Први прототип ХАЛ егзоскелета је предложио Јошијуки Санкаи (5), проф. Универзитет у Цукуби. Санкаи је провео три године, од 1990. до 1993., идентификујући неуроне који контролишу кретање ногу. Њему и његовом тиму је требало још четири године да прототип опреме. Трећи ХАЛ прототип, развијен почетком 22. века, био је повезан са рачунаром. Сама батерија је била тешка скоро 5 кг, што је чини веома непрактичном. Насупрот томе, каснији модел ХАЛ-10 тежио је само 5 кг, а батерија и контролни рачунар били су омотани око струка корисника. ХАЛ-КСНУМКС је тренутно медицински егзоскелет са четири удова (иако је доступна и верзија само за доње удове) коју производи јапанска компанија Цибердине Инц. у сарадњи са Универзитетом у Цукуби.

5. Професор Јошијуки Санкаи представља један од модела егзоскелета.

Ради око 2 сата и 40 минута у затвореном и на отвореном. Помаже у подизању тешких предмета. Распоред управљачких и погонских елемената у контејнерима унутар тела омогућио је да се ослободимо „ранца“ који је толико карактеристичан за већину егзоскелета, понекад налик великом инсекту. Људи са хипертензијом, остеопорозом и било којом срчаном болешћу треба да се консултују са лекаром пре употребе ХАЛ-а, а контраиндикације укључују, али нису ограничене на, пејсмејкер и трудноћу. У оквиру ХАЛ ФИТ програма, произвођач нуди могућност коришћења терапијских сесија са егзоскелетом како за болесне тако и за здраве особе. Дизајнер ХАЛ тврди да ће следеће фазе модернизације бити усмерене на стварање танког одела које ће омогућити кориснику да се слободно креће и чак трчи. 

2000 – проф. Хомајун Казероуни и његов тим у Ексо Бионицс развијају Хуман Универсал Царго Царриер, или ХУЛЦ (6) је бежични егзоскелет са хидрауличним погоном. Његова сврха је да помогне војницима који се боре у вођењу терета до 90 кг у дужем временском периоду, са максималном брзином од 16 км/х. Систем је представљен јавности на зимском симпозијуму АУСА 26. фебруара 2009. године, када је постигнут споразум о лиценцирању са Лоцкхеед Мартином. Доминантни материјал који се користи у овом дизајну је титанијум, лаган, али релативно скуп материјал са високим механичким својствима и својствима чврстоће.

Егзоскелет је опремљен усисним чашама које му омогућавају да носи предмете тежине до 68 кг (уређај за подизање). Напајање се врши из четири литијум-полимерске батерије које обезбеђују нормалан рад уређаја при оптималном оптерећењу до 20 сати. Егзоскелет је тестиран у различитим борбеним условима и са различитим оптерећењима. После низа успешних експеримената, у јесен 2012. године послат је у Авганистан, где је тестиран током оружаног сукоба. Упркос многим позитивним критикама, пројекат је суспендован. Како се испоставило, дизајн је отежавао извођење одређених покрета и заправо повећавао оптерећење мишића, што је било у супротности са општом идејом његовог стварања.

2001 – У току је пројекат Беркли егзоскелета доњих екстремитета (БЛЕЕКС), првобитно намењен првенствено војсци. У његовом оквиру постигнути су обећавајући резултати у виду аутономних решења од практичног значаја. Прво је направљен роботски уређај који је причвршћен за доњи део тела како би дао додатну снагу ногама. Опрему је финансирала Агенција за напредне одбрамбене истраживачке пројекте (ДАРПА), а развила ју је лабораторија за роботику и људски инжењеринг Беркли, одељење Универзитета Калифорније, Берклијево одељење за машинство. Берклијев систем егзоскелета даје војницима могућност да носе велике терете уз минималан напор и преко било које врсте терена, као што су храна, опрема за спасавање, комплети прве помоћи, комуникациона опрема и оружје. Поред војних апликација, БЛЕЕКС тренутно развија цивилне пројекте. Лабораторија за роботику и људско инжењерство тренутно истражује следећа решења: ЕкоХикер - егзоскелет намењен углавном учесницима експедиција где постоји потреба за транспортом тешке опреме, ЕкоЦлимбер - опрема за људе који се пењу на висока брда, Медицински егзоскелет - егзоскелет за особе са инвалидности физичке способности. поремећена покретљивост доњих екстремитета.

8. Сарцос КСОС 2 прототип у акцији

текст

2010 – Појављује се КСОС 2 (8) је наставак КСОС егзоскелета из Сарцос. Пре свега, нови дизајн је постао лакши и поузданији, омогућавајући статичко подизање терета тежине до 90 кг. Уређај подсећа на киборга. Управљање се заснива на тридесет актуатора који делују као вештачки зглобови. Егзоскелет садржи неколико сензора који преносе сигнале актуаторима преко рачунара. Дакле, долази до глатке и континуиране контроле без да корисник осећа значајан напор. КСОС је тежак 68 кг.

2011-данас – Америчка управа за храну и лекове (ФДА) одобрава медицински егзоскелет РеВалк (9). То је систем који користи елементе снаге за јачање ногу и омогућава параплегичарима да стоје усправно, ходају и пењу се степеницама. Енергију обезбеђује батерија у ранцу. Управљање се врши помоћу једноставног ручног даљинског управљача, који детектује и коригује покрете корисника. Све ово је развио Амит Гоффер из Израела и продаје га РеВалк Роботицс Лтд (првобитно Арго Медицал Тецхнологиес) за приближно 85 хиљада ПЛН. долара.

9. Људи ходају у РеВалк егзоскелетима

У време пуштања у продају, опрема је била доступна у две верзије - РеВалк И и РеВалк П. Прву користе медицинске установе у истраживачке или терапеутске сврхе под надзором медицинског стручњака. РеВалк П је намењен за личну употребу пацијената код куће или на јавним местима. У јануару 2013. објављена је ажурирана верзија РеВалк Рехабилитатион 2.0. Ово је побољшало положај седења за више људе и побољшао управљачки софтвер. РеВалк захтева од корисника да користи штаке. Као контраиндикације помињу се кардиоваскуларне болести и крхкост костију. Ограничења су и висина, унутар 1,6-1,9 м, и телесна тежина до 100 кг. Ово је једини егзоскелет у којем можете возити аутомобил.

10. еЛЕГС из Ек Бионицс

2012 – Ексо Бионицс, раније познат као Беркелеи Бионицс, представља свој медицински егзоскелет. Пројекат је започео две године раније под називом еЛЕГС (10), а био је намењен рехабилитацији особа са различитим степеном парализе. Као и РеВалк, дизајн захтева употребу штака. Батерија обезбеђује енергију за најмање шест сати употребе. Еко комплет кошта око 100 хиљада. долара. У Пољској је познат пројекат егзоскелета Ексо ГТ - медицински уређај дизајниран за рад са неуролошким пацијентима. Његов дизајн омогућава ходање, укључујући људе након можданог удара, повреде кичмене мождине, пацијенте са мултиплом склерозом или са Гуиллаин-Барреовим синдромом. Опрема може да ради у неколико различитих режима, у зависности од степена дисфункције пацијента.

2013 – Миндвалкер, пројекат егзоскелета контролисаног умом, добија средства од Европске уније. Дизајн је резултат сарадње научника са Слободног универзитета у Бриселу и Фондације Санта Луциа у Италији. Истраживачи су тестирали различите начине контроле уређаја – верују да интерфејс мозак-неуро-компјутер (БНЦИ) најбоље функционише, што вам омогућава да га контролишете својим мислима. Сигнали путују између мозга и рачунара, заобилазећи кичмену мождину. Миндвалкер претвара ЕМГ сигнале, који су мали потенцијали (звани миопотенцијали) који се појављују на површини коже особе када мишићи раде, у електронске команде покрета. Егзоскелет је прилично лаган, без батерија је тежак само 30 кг. Може издржати одраслу особу тежине до 100 кг.

2016 – ЕТХ Цирих, Швајцарска, је домаћин првог цибатхлон спортског такмичења за особе са инвалидитетом које користе помоћне роботе. Једна од дисциплина била је трка егзоскелета на стази са препрекама за особе са параплегијом. У овој демонстрацији вештина и технологије, корисници егзоскелета морали су да обављају задатке као што су седење и устајање на каучу, ходање по падинама, гажење по стенама (као када прелазе плитку планинску реку) и пењање уз степенице. Испоставило се да нико није могао да заврши све вежбе, а најбржим екипама је требало више од 50 минута да пређу стазу са препрекама од 8 метара. Следећи догађај ће се одржати 2020. године као показатељ развоја технологије егзоскелета.

2019 – Током летњих демонстрација у Центру за обуку командоса у Лимпстону у Великој Британији, Ричард Браунинг, проналазач и извршни директор компаније Гравити Индустриес, показао је своје егзоскелетно млазно одело Даедалус Марк 1, које је оставило огроман утисак на војску, и то не само на британску. Шест малих млазних мотора - два постављена позади и два у виду додатних пара на свакој руци - омогућавају вам да се подигнете на висину до 600 м До сада је гориво довољно само за 10 минута лета ...