Bioniskie cilvēki: Exoskeleton tehnoloģija atkārtoti nosaka robežas

Reklāma

Iekšā Rītdienas mala, kritiski atzītā zinātniskās fantastikas filma, kas iznākusi šovasar, karavīri cīnās ar citplanētiešiem ar darbinātiem eksoskeletiem, kas palielina viņu spēku, ātrumu un veiklību. Sudraba ekrānā līdzās sprādzieniem un citiem pasaules ienaidniekiem idejas šķiet kā Holivudas izgudrojums, taču tās ir tuvāk realitātei, nekā jūs domājat.

Exoskeleton pētījumi tiek veikti vairāk nekā gadsimtu, kā rezultātā tika izveidoti vairāki dzīvotspējīgi prototipi. Pārsteidzoši, ka viņi tomēr mazāk koncentrējas uz pārcilvēciskiem spēkiem un vairāk uz izturības un dzīves kvalitātes uzlabošanu. Pētnieki attiecīgajā jomā redz nākotne 4 tehnoloģijas, kas varētu mainīt pasauliŠobrīd ir tik aizraujošs laiks, lai dzīvotu, jo zinātne un tehnoloģija sāc cilvēci uz priekšu tik neticami strauji. Kurš pirms desmit gadiem būtu domājis, ka mums visiem būs pieejama viena pieskāriena iespējas ... Lasīt vairāk kā maratons nevis sprints.

Eksovēsture

Cilvēka eksoskeleti ir parādījušies zinātniskās fantastikas stāsti s

ince 1950. gados, bet pirmo īsto eksoskeletonu pusgadsimtu iepriekš izgudroja krievu izgudrotājs Nikolass Jagins. Neskatoties uz viņa dzīvesvietas valsti, viņš nolēma iesniegt patentu Amerikas Savienoto Valstu Patentu valdē gadā 1890. gadā. Viņš aprakstīja savu izgudrojumu šādi:

[…] Virkne atsperu, kas pielāgotas visa ķermeņa svara noturēšanai, kā arī akumulēšanai un uzkrāšanai ar to saistītā jauda kopā ar spēku, ko rada šādas kravnesības impulss, kad tas atrodas kustība. - Nikolajs Jagins, izgudrotājs

Viņa eksoskelets enerģijas uzkrāšanai izmantoja arī “saspiesta šķidruma akumulatorus”. Pēc Nikolaja teiktā, viņa izgudrojums lietotājiem deva labāku kustīgumu un mazināja ķermeņa skriešanas un lēkšanas slodzi. Atvainojiet, steam-punk fani; šī nebija nāves mašīna ar pārnesumiem.

Pirmo darbināmo eksoskeletonu, kuru sauca par Hardimanu, General Electric izstrādāja 60. gadu beigās. Masīvs un brutāls uzvalks izskatījās līdzīgi masīvajiem kaujas tērpiem, kurus iecerēja sci-fi autori. Tas tika izstrādāts, lai ievērojami pastiprinātu lietotāja izturību, taču tā izgudrotāji nekad nebija līdz galam izlaiduši vadības ierīces un jaudas prasības. Kā teikts projekta galīgajā ziņojumā:

Cilvēka un mašīnas saskarnes problēma Hardiman I prototipā ir bijusi nopietna. Lielais jaudas pieaugums, daudzsavienotās sistēmas sarežģītība un cilvēka un mašīnas intīmais savienojums uzlika daudzus dizaina ierobežojumus un izvirzīja smagas prasības esošajai tehnoloģijai.

Hardimaņa neveiksme parādīja ārkārtas grūtības izveidot eksoskeletu ar šī laikmeta tehnoloģiju. Vēl viens mēģinājums netika veikts līdz 1990. gadu sākumam, kad Kavasaki pētnieki sāka darbu pie varas Palīdzības uzvalks [noņemts sabojāts URL], eksoskelets, kas paredzēts, lai palīdzētu medicīnas speciālistiem nekustīgi kustēties pacientiem.

Pēc gadsimtu mijas notika jaunas attīstības sprādziens. Japāņu uzņēmums Cyberdyne ieviesa HAL-3 eksoskeleta koncepciju, Berkeley izstrādāja ķermeņa apakšdaļas eksoskeletonu ar nosaukumu Bleex, lai palīdzētu karavīriem pārvadāt smagas kravas lielos attālumos, un Honda ir salikusi pāris apakšējā ķermeņa eksoskeletus, kas paredzēti daļēji mobiliem cilvēkiem, kuriem citādi varētu būt nepieciešama nūja vai staigulītis.

Ieslēdzas

Neveiksmīgais Hardimaņa projekts ir tāds uzvalks, par kuru cilvēki domā, kad viņam tiek iedomāts iedomāties eksoskeletu. Daudzi no mums atsauc atmiņā tēlus no daiļliteratūras, piemēram, slaveno eksoskeletonu, kuru izmēģināja Sigourney Weaver (vai drīzāk kaskadieris paslēpts aiz viņas) Citplanētieši.

Masveida eksoskelets noteikti var sagādāt auditoriju, taču tā praktiskais pielietojums ir ierobežots. Baterijām joprojām trūkst izturības, kas nepieciešama zvērīgas mašīnas darbināšanai ilgāku laika periodu, un lielais eksoskelets nedara neko daudz ar iekrāvēju, celtni vai citu transportlīdzekli, ko jau nevar sasniegt. Mūsdienu eksoskeleti ir vērsti uz cilvēku uzlabošanu praktiskos veidos, kurus var izmantot katru dienu dažādās situācijās.

Viens no jaunākajiem dizainparaugiem ir cilvēka universālais kravas nesējs jeb HULC, militārs eksoskelets, kuru izstrādājis Lockheed-Martin, lai ievērojami uzlabotu karavīru fiziskās iespējas. Pamatideja, kā paziņoja programmas vadītājs Džims Ni un sīki aprakstīts uzņēmuma paziņojumā presei, ir palielināt izturību un izturību, vienlaikus samazinot arī ievainojumu risku.

Tas [HULC] dod iespēju karavīriem darīt lietas, ko viņi šodien nespēj, vienlaikus palīdzot viņus pasargāt no skeleta-muskuļu sistēmas traumām. - Džims Ni, HULC programmu vadītājs

Tas neizklausās daudz atšķirīgi no ieguvumiem, ko Nikolajs Jagns apgalvoja par savu eksoskeletu pirms vairāk nekā gadsimta, taču mūsdienu tehnoloģijas nozīmē, ka pētnieki var labāk realizēt ideju. HULC var palīdzēt lodmetāliem pārvadāt kravas līdz 200 mārciņām pa visu reljefu, vienlaikus samazinot ievainojumu risku, kas var kavēt karavīru laukā. Baterijas baro eksoskeletu, kas sver vairāk nekā piecdesmit mārciņas, un ar speciālu aprīkojumu tā kalpošana var ilgt līdz 72 stundām.

Bet Lockheed-Martin nav vienīgais uzņēmums šajā jomā. Raytheon pēdējos astoņus gadus ir pavadījis, izstrādājot XOS, kurš cer pildīt tādu pašu lomu kā HULC. Tomēr atšķirībā no konkurenta XOS aptver ievērojamu lietotāja ķermeņa augšdaļas un ķermeņa daļu. Tā izgudrotāji citē līdzīgu maksimālo kravnesību vismaz 200 mārciņu, bet stiprības palielināšana attiecas uz rokām, kuras ar nelielu piepūli var noturēt līdz piecdesmit mārciņām.

Ne tikai karavīriem

Tikmēr Japānā Cyberdyne turpināja attīstīt savu HAL-5 eksoskeletonu. Atšķirībā no Amerikas vienaudžiem, šī ierīce ir paredzēta civilām, nevis militārām vajadzībām. Uzņēmums pēta vairākus modeļus, kurus var izmantot rūpniecības darbinieki, reaģēšana uz katastrofām personālie un medicīnas speciālisti.

Apakšējo ekstremitāšu modelis, kas paredzēts, lai palīdzētu rehabilitēt cilvēkus ar mobilitātes traucējumiem, kas saistīti ar traumām, ir apstiprināts lietošanai Eiropā un tiek izmantots klīniskajos pētījumos. Pirmais izmēģinājums, pabeigts šā gada aprīlī, norāda, ka eksoskelets nodrošina “ļoti nozīmīgu uzlabojumu” mobilitātei, to nēsājot, kā arī ar laiku uzlabo tā paša pacienta spēju pārvietoties bez eksoskelets. Tomēr pētījumā piedalījās tikai astoņi pacienti, tāpēc ir jāpieliek vairāk darba, lai apstiprinātu HAL ieguvumus.

Vēl viens civils eksoskelets, kam tiek pievērsta uzmanība, ir ReWalk, apakšējā ķermeņa eksoskelets, kas atbilst HAL līdzīgai lomai. ReWalk izmanto mazjaudas kāju motorus, lai atvieglotu pārvietošanos, vienlaikus piedāvājot akumulatora darbības laiku visu dienu. Atšķirībā no HAL, ReWalk ir jālieto kopā ar sietiem, bet tas ir arī tālākais attīstības virziens un ir apstiprināts vairākās valstīs. ReWalk var izmantot rehabilitācijai vai arī to var iegādāties personīgai lietošanai kā alternatīvu braucamkrēslam vai motorolleram ar motoru.

Baterijas nav iekļautas komplektā

FORTIS, kas tikko sāka izmēģināt šogad, ir Lockheed-Martin jaunākais eksoskelets. Lai arī pirmo pārbaudes kārtu veic Jūras kara flote, atšķirībā no HULC šis eksoskelets ir paredzēts tikai civilām vajadzībām. Tas stiprina lietotāja ķermeni, samazinot slodzi, pārvietojoties ar smagajiem darbarīkiem, kurus Jūras spēku mehāniķi bieži izmanto kuģu remontam.

Nēsājot FORTIS eksoskeletonu, operatori ilgstoši var noturēt šo smago instrumentu svaru ar samazinātu nogurumu. - Ādams Millers, jauno iniciatīvu vadītājs Lockheed-Martin

Kamēr tam trūkst bateriju, FORTIS ir iespaidīgas spējas. Tas var palīdzēt lietotājiem bez piepūles turēt līdz 36 mārciņām. Sākumā tas varbūt neizklausās daudz, taču atcerieties, ka mehāniķi šādus instrumentus izmanto stundām ilgi katru dienu. Jebkurš ievērojams svars pēc dažām minūtēm var kļūt nogurdinošs. Exoskeleton arī palīdz nodot šīs kravas uz zemes, samazinot spriedzi lietotāja mugurai un kājām.

Šāda veida eksoskelets, ja tas izrādīsies veiksmīgs, varētu būt liels ieguvums celtniecības un rūpniecības darbiniekiem, kuriem visu dienu atkārtoti jāpaceļ pieticīgas kravas. Traumas, kas saistītas ar darbu, joprojām ir izplatītas šajās jomās, un laika gaitā tas var ievērojami samazināt šo lauku veterānu dzīves kvalitāti.

FORTIS enerģijas trūkums samazina arī sarežģītību un izmaksas, padarot ideju par pievilcīgāku plaša mēroga izvēršanai. Tomēr FORTIS joprojām ir ļoti agrīnā attīstības stadijā; tas pirmo reizi tika paziņots tikai pagājušajā mēnesī. Lielākā daļa citu eksoskeletona projektu ir izstrādāti gadiem ilgi un dažos gadījumos gadu desmitiem, tāpēc šim projektam vēl ir tāls ceļš ejams.

Joprojām cilvēciski, bet labāk

Mūsdienu eksoskeleta uzmanības centrā ir no spēka un ātruma palielināšanas uz izturības pastiprināšanu. Šajā ziņā mērķis nav padarīt mūs daudz ātrākus vai stiprākus nekā agrāk, bet gan padarīt mūs izturīgākus un uzlabot dzīves kvalitāti. Lai arī tā nav krāšņi, šai pieejai ir jēga; ar iekrāvēju mēs iekarojām smagu kravu pacelšanu.

Kaitējums un spēku izsīkums tomēr ir ienaidnieki, kuri mums vēl nav pieveikti. Noguris, ievainots karavīrs, iespējams, palēnina visu savu vienību un ir mazāk spējīgs reaģēt uz draudiem, un 2013. gada tāme, kas tika konstatēta darbā gūtajos ievainojumos gadā vien ASV izmaksā līdz 250 miljardiem USD. Cīņas samazināšana un izturības palielināšana var dot labumu ikvienam no kājniekiem cīņā ar veselības aprūpes darbiniekiem pārvietojot pacientus starp gultām, tāpēc mēs, visticamāk, redzēsim, ka eksoskeleti turpinās šo jauno pieeju jau tuvākajā laikā desmitgadē. Exoskeletons nedos mums supercilvēka spēku vai dedzinošu ātrumu - vismaz ne drīz. Bet tie palīdzēs mums dzīvot ilgāk, labāk dzīvot Kā tehnoloģija var ietekmēt cilvēka evolūcijuCilvēka pieredzē nav neviena aspekta, ko tehnoloģija, tostarp mūsu ķermenis, nav skārusi. Lasīt vairāk .

Attēla kredīts: Lockheed-Martin, Kiberdēns