Половин век след началото на работата в областта на екзоскелетите първите проби от това оборудване са готови за работа. Lockheed Martin наскоро се похвали, че неговият проект HULC (Human Universal Load Carrier) не само е бил тестван на място с Пентагона, но е готов за серийно производство. Екзоскелетът HULC сега „диша в гърба“от няколко подобни проекта от други компании. Но такова изобилие от дизайни не винаги е било.
Всъщност идеята за създаване на всяко устройство, което би могло да се носи от човек и значително да подобри неговите физически качества, се появи през първата половина на миналия век. До известно време обаче това беше просто поредната представа за писатели на научна фантастика. Разработването на практически приложима система започва едва в края на петдесетте години. General Electric под егидата на американската армия стартира проект, наречен Hardiman. Техническата задача беше смела: екзоскелетът от GE трябваше да позволи на човек да работи с товари с тегло до хиляда и половина паунда (около 680 килограма). Ако проектът беше успешно завършен, екзоскелетът Hardiman щеше да има големи перспективи. Така че военните възнамеряват да използват нова технология, за да улеснят работата на оръжейници във военновъздушните сили. Освен това ядрени учени, строители и представители на много други индустрии бяха „на линия“. Но дори десет години след началото на програмата, инженерите на General Electric не успяха да преведат всичко замислено в метал. Построени са няколко прототипа, включително работеща механична ръка. Огромният нокът на Hardymen се задвижваше хидравлично и можеше да повдигне 750 паунда товар (приблизително 340 кг). Въз основа на една работеща "ръкавица" беше възможно да се създаде втора. Но дизайнерите се сблъскаха с друг проблем. Механичните "крака" на екзоскелета не искаха да работят правилно. Прототипът на Hardiman с една ръка и два опорни крака е тежал под 750 килограма, докато максималният конструктивен капацитет е по -малък от собственото му тегло. Поради това тегло и особеностите на центрирането на екзоскелета, при повдигане на товара, цялата конструкция често започва да вибрира, което води до преобръщане няколко пъти. С горчива ирония авторите на проекта нарекоха този феномен „механичния танц на Свети Вит“. Колкото и да се бориха дизайнерите на General Electric, те не успяха да се справят с подравняването и вибрациите. В самото начало на 70 -те години проектът Hardiman беше затворен.
През следващите години работата в посока екзоскелети остана неактивна. От време на време различни организации започнаха да се занимават с тях, но почти винаги желаният резултат не последва. В същото време целта на създаването на екзоскелет не винаги е била неговата военна употреба. През 70 -те години служителите на Масачузетския технологичен институт, без особен успех, разработиха оборудване от този клас, предназначено за рехабилитация на хора с увреждания с наранявания на опорно -двигателния апарат. За съжаление, по това време инженерите също попречиха на синхронизирането на различните части на костюма. Трябва да се отбележи, че екзоскелетите имат редица характерни черти, които не улесняват създаването им малко. По този начин значително подобрение на физическите възможности на човешкия оператор изисква подходящ източник на енергия. Последното от своя страна увеличава размерите и собственото тегло на целия апарат. Втората пречка се крие във взаимодействието на човека и екзоскелета. Принципът на действие на такова оборудване е следният: човек прави всяко движение с ръка или крак. Специални сензори, свързани с крайниците му, приемат този сигнал и предават съответната команда на задействащите елементи - хидравлични или електрически механизми. Едновременно с издаването на команди, същите тези сензори гарантират, че движението на манипулаторите съответства на движенията на оператора. В допълнение към синхронизирането на амплитудите на движенията, инженерите са изправени пред въпроса за времето. Въпросът е, че всеки механик има определено време за реакция. Следователно, тя трябва да бъде сведена до минимум с цел достатъчно удобство при използването на екзоскелета. В случай на малки, компактни екзоскелети, които сега се подчертават, синхронизирането на движенията на хора и машини има особен приоритет. Тъй като компактният екзоскелет не позволява увеличаване на поддържащата повърхност и т.н., механиката, която няма време да се движи с човека, може да повлияе неблагоприятно върху използването. Например, ненавременно движение на механичен "крак" може да доведе до факта, че човек просто губи равновесие и пада. И това далеч не е всички проблеми. Очевидно човешкият крак има по -малко степени на свобода от ръката, да не говорим за ръката и пръстите.
Най -новата история на военните екзоскелети започва през 2000 г. Тогава американската агенция DARPA инициира стартирането на програмата EHPA (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Екзоскелети за повишаване на човешката производителност). Програмата EHPA беше част от по -голям проект Land Warrior за създаване на облика на войника на бъдещето. През 2007 г. обаче Land Land Warrior беше отменен, но екзоскелетната му част беше продължена. Целта на проекта EHPA беше създаването на т.нар. пълен екзоскелет, който включваше усилватели за човешки ръце и крака. В същото време не бяха необходими оръжия или резерви. Длъжностните лица, отговарящи за DARPA и Пентагона, бяха добре наясно, че сегашното състояние на нещата в областта на екзоскелетите просто не позволява да им бъдат предоставени допълнителни функции. Следователно заданието за програмата EHPA предполага само възможността за дългосрочно носене от войник в екзоскелет на товар с тегло около 100 килограма и увеличаване на скоростта му на движение.
Sacros и Университетът в Бъркли (САЩ), както и японските Cyberdyne Systems изразиха желанието си да участват в разработването на нови технологии. Изминаха 12 години от началото на програмата и през това време съставът на участниците претърпя някои промени. Sacros вече стана част от концерна Raytheon, а отдел на университета, наречен Berkeley Bionics, се превърна в подразделение на Lockheed Martin. По един или друг начин сега има три прототипа екзоскелета, създадени по програмата EHPA: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL и Raytheon XOS.
Първият от изброените екзоскелети - HULC - не отговаря напълно на изискванията на DARPA. Факт е, че 25-килограмовата конструкция съдържа само система за поддържане на гърба и механични „крака“. Ръчната поддръжка не се прилага в HULC. В същото време физическите възможности на оператора HULC се увеличават поради факта, че чрез системата за поддържане на гърба, по -голямата част от натоварването върху ръцете се прехвърля към силовите елементи на екзоскелета и в крайна сметка „отива“в земята. Благодарение на приложената система войникът може да превозва до 90 килограма товар и в същото време да изпита товар, който отговаря на всички армейски стандарти. HULC се захранва от литиево-йонна батерия, която издържа до осем часа. В икономичен режим човек в екзоскелет може да ходи със скорост от 4-5 километра в час. Максималната възможна скорост на HULC е 17-18 км / ч, но този режим на работа на системата значително намалява времето за работа от едно зареждане на батерията. В бъдеще Lockheed Martin обещава да оборудва HULC с горивни клетки, чийто капацитет ще бъде достатъчен за един ден работа. В допълнение, в следващите версии дизайнерите обещават да "роботизират" ръце, което значително ще увеличи възможностите на потребителя на екзоскелета.
Raytheon досега представи два донякъде подобни екзоскелета с индекси XOS-1 и XOS-2. Те се различават по параметри на тегло и размер и в резултат на това по редица практически характеристики. За разлика от HULC, семейството XOS е оборудвано със система за облекчаване на ръцете. И двата екзоскелета могат да вдигнат около 80-90 килограма собствено тегло. Прави впечатление, че дизайнът на двата XOS ви позволява да инсталирате различни манипулатори на механични рамена. Трябва да се отбележи, че XOS-1 и XOS-2 имат значителна консумация на енергия досега. Поради това те все още не са автономни и изискват външно захранване. Съответно, за максималната скорост на пътуване и живота на батерията не може да се говори. Но според Raytheon, необходимостта от кабелно захранване няма да бъде пречка за използването на XOS в складове или военни бази, където има подходящ източник на електричество.
Третата извадка от програмата EHPA е Cyberdyne HAL. Днес версията HAL-5 е актуална. Този екзоскелет до известна степен е смесица от първите два. Подобно на HULC, той може да се използва независимо - батериите издържат 2,5-3 часа. С фамилията XOS развитието на Cyberdyne Systems е обединено от „завършеността“на дизайна: той включва системи за поддръжка както за ръцете, така и за краката. Товароносимостта на HAL-5 обаче не надвишава няколко десетки килограма. Подобна е ситуацията с бързите качества на това развитие. Факт е, че японските дизайнери са се фокусирали не върху военната употреба, а върху рехабилитацията на хора с увреждания. Очевидно такива потребители просто не се нуждаят от висока скорост или товароносимост. Съответно, ако военните се интересуват от HAL-5 в сегашното му състояние, ще бъде възможно да се направи нов екзоскелет на неговата основа, изострен за военна употреба.
От всички опции за обещаващи екзоскелети, представени на състезанието EHPA, досега само HULC е достигнал тестове съвместно с военните. Редица характеристики на други проекти все още не позволяват започване на полеви опити. През септември няколко комплекта HULC ще бъдат изпратени на части, за да се проучат характеристиките на екзоскелета в реални условия. Ако всичко върви гладко, мащабното производство ще започне през 2014-15.
Междувременно учените и дизайнерите ще имат по -добри концепции и дизайн. Най -очакваната иновация в областта на екзоскелетите са роботизираните ръкавици. Съществуващите манипулатори все още не са много удобни за използване на инструменти и подобни предмети, предназначени за ръчна употреба. Освен това създаването на такива ръкавици е свързано с редица трудности. Като цяло те са подобни на тези на други комплекти екзоскелет, но в този случай проблемите със синхронизацията се влошават от голям брой механични елементи, особености на движението на човешката ръка и т.н. Следващата стъпка в развитието на екзоскелетите ще бъде създаването на невроелектронен интерфейс. Сега движението на механиката се контролира от сензори и серво задвижвания. По -удобно за инженерите и учените е използването на система за управление с електроди, които премахват човешките нервни импулси. Освен всичко друго, такава система ще намали времето за реакция на механизмите и в резултат ще увеличи ефективността на целия екзоскелет.
По отношение на практическото приложение през последните половин век възгледите за него почти не са се променили. Военните все още се считат за основни потребители на обещаващи системи. Те могат да използват екзоскелети за товаро -разтоварни операции, подготовка на боеприпаси и в допълнение, в бойна ситуация, за подобряване на способностите на бойците. Трябва да се отбележи, че товароносимостта на екзоскелетите ще бъде полезна не само за военните. Широкото използване на технология, която позволява на човек да увеличи значително физическите си възможности, може да промени облика на цялата логистика и превоз на товари. Например времето за зареждане на товарен полуремарке при липса на мотокари ще намалее с десетки проценти, което ще увеличи ефективността на цялата транспортна система. И накрая, екзоскелетите, контролирани от нервите, ще помогнат на хората с увреждания да поддържат хората да живеят отново пълноценен живот. Нещо повече, големи надежди се възлагат на невроелектронния интерфейс: в случай на гръбначни наранявания и т.н. При наранявания сигналите от мозъка може да не достигнат до определена област на тялото. Ако ги „прихванем“до увредената област на нерва и ги изпратим до системата за контрол на екзоскелета, тогава човекът вече няма да бъде прикован към инвалидна количка или легло. По този начин военните разработки могат отново да подобрят живота не само на военните. Засега, правейки големи планове, трябва да запомните за пробната експлоатация на екзоскелета Lockheed Martin HULC, която ще започне едва през есента. Въз основа на резултатите от него ще бъде възможно да се прецени както перспективите на цялата индустрия, така и интереса към нея от страна на потенциалните потребители.
