Экзоскелет — усиленный каркас для солдата

Человечество всегда мечтало об совершенствовании своих возможностей. Так, при покорении океанских глубин и космоса были придуманы скафандры, позволявшие человеку находиться в чужеродной среде, в которой нет воздуха, совершенно другое давление и температуры. Но скафандр на земной поверхности — это тяжелая вещь, не имеющая смысла в повседневном применении, а вот более выгодные приспособления для того, чтобы увеличить силу человека, оказались нужны.Самое интересное, к чему пришла человеческая мысль — это экзоскелет, внешний каркас, повторяющий механические движения человека.

Первые шаги к созданию экзоскелета и первые проблемы

Неудивительно, что первая разработка экзоскелета была реализована компанией General Electric совместно с американскими военными. Тогда, в конце 1950-х была поставлена довольно смелая задача — человек в экзоскелете должен был выполнить поднятие грузов весом почти в 700 кг.

Проект назвали Hardiman, и военные строили на него большие планы. Можно представить, как такой экзоскелет мог бы перевернуть всю историю войн, если знать, что его планировали отдать создателям оружия в военно-воздушные силы, атомщикам и представителям не других, не менее важных отраслей. Создание военной техники могло бы ускориться в десятки раз, солдаты в экзоскелетах смогли бы за считанные часы переносить тяжелое вооружение и строить надежные временные укрепления. А если представить, что проект бы удался к началу войны во Вьетнаме — мир бы точно был совершенно другим.

Hardiman

Hardiman

Но инженеры старались около десяти лет, а за это время была создана только рука экзоскелета, работающая при помощи гидравлического привода. Этой рукой можно было поднять около 350 килограмм груза. Нижнюю часть экзоскелета так и не довели до конца — ноги правильно не работали. У прототипа, в итоге, было две ноги, одна рука, и при этом вес конструкции составлял 750 кг, в то время как грузы, которые можно было поднимать, были гораздо меньше этого веса. При работе конструкции появлялись вибрации, и несколько раз во время испытаний она от этого опрокидывалась. Проект закрыли, так как инженеры не смогли его отцентрировать и избавиться от вибраций.

В 1970-е в Массачусетском технологическом университете пытались создать подобные аппараты, но успеха в этом деле никто не добился. Там разработки шли уже без участия военных, и предназначались они для того, чтобы реабилитировать инвалидов с проблемами в опорно-двигательном аппарате. И опять инженеры не смогли соединить разные части экзоскелета таким образом, чтобы все работало. В этих исследованиях были выделены основные задачи, которые необходимо было решить, чтобы получить рабочий прототип — синхронизацию экзоскелета с действиями человека и отсутствие опоздания в реакции на действия. Не всегда машина способна сделать свое действие моментально после движения человека рукой или ногой, и в результате задержек теряется удобство использования и человек начинает нервно реагировать, может потерять равновесие и упасть. В итоге, развитие разработок для экзоскелета шло очень медленно и затянулось на десятилетия.

Будущее уже можно увидеть. Экзоскелеты в наши дни

Активно экзоскелетами занялись в начале нового тысячелетия. И это были снова военные из американского агенства DARPA. Созданный в США проект «Land Warrior» планировал создать солдат нового типа, и в него вошла разработка экзоскелетов. В 2007 году проект «Land Warrior» закрыли, но создание экзоскелета продолжилось. Эти разработки имеют своей целью создать небронированный и невооруженный полный экзоскелет, который будет усиливать руки и ноги человека. Чиновники из военных ведомств осознали, что в короткие сроки чуда не получится, и им нужен просто работающий прототип, в котором не будет много дополнительных функций. В их планах имеется создание условий для того, чтобы солдат мог переносить на большие расстояния около сотни килограмм, и при этом передвигался быстрее.

Современная американская модель экзоскелета

Со временем разработками экзоскелета заинтересовались и другие компании, у которых есть свои идеи по его созданию. Так, в модели HULC американской компании Lockheed Martin бортовым компьютером реализуется координация человека и механизмов. Компанией заявлено значительное снижение энергозатрат организма, а заряда батареи хватает на час передвижения в 5 км/ч, при этом вес груза, который можно переносить, достигает 90 килограмм. Опять же, делается экзоскелет с расчетом на использование американской армией.

Lockheed Martin: HULC

Lockheed Martin: HULC

Lockheed Martin HULC Exoskeleton

Экзоскелет XOS от компании Sacros

Компания Sacros также создала свою модель, которая называется XOS. Задача синхронизации движений в ней тоже решается бортовым компьютером, располагающимся на спине. Модель оснащена датчиками мускульной активности, благодаря чему усталость человеком практически не ощущается. Но у этой модели есть свои минусы — потребление энергии крайне высокое, а действия человека довольно сильно ограничены.

Sacros: XOS

Sacros: XOS

Raytheon Sarcos – 2nd Generation Exoskeleton Suit (XOS 2)

Японская модель Cyberdyne HAL — самая реализованная

Японские компании, известные своими достижениями в робототехнике, тоже решили попробовать свои силы в создании экзоскелета. Наиболее качественная модель получилась у компании Cyberdyne Systems, которая носит название Cyberdyne HAL. Выполнен экзоскелет в виде внешнего каркаса, и направлен он в первую очередь на то, чтобы повысить мускульные усилия тела. Специальными датчиками снимаются показания с биоэлектрических сигналов, исходящих от мышц, и компьютером производится анализ, который дает расчет силы, применяемой сервомоторами. Весит эта модель 23 килограмма, и работает 2 часа 40 минут, если нет перегрузок. При ее создании предполагалось, что она будет применяться для тяжелых физических работ и поможет людям, у которых ослаблены мышцы, совершать полноценные передвижения. Экзоскелет данной модели уже серийно производится и стоит 4200 долларов.

Cyberdyne Systems: Cyberdyne HAL

Cyberdyne Systems: Cyberdyne HAL

Robot suit HAL

Близкая к идее экзоскелетов российская разработка

В России над созданием экзоскелетов также работают, но серьезных подвижек удалось достичь только в последние годы. Действительно, в 1999 году была принята федеральная программа, итогом которой должно стать создание в течение шестнадцати лет боевой экипировки третьего поколения с элементами экзоскелета. Сейчас эта разработка засекречена, и о характеристиках нового устройства мало что известно. Первый прототип получил название «Боец-21» и впервые был представлен на выставке «Интерполитех» в 2009 году. Разработкой занимаются ученые 3-го Центрального научно-исследовательского института (ЦНИИ) Минобороны РФ. Первый образец имел вес 36 кг, и, по словам разработчиков, этот комплект боевой экипировки первого поколения уже превосходит западные образцы по некоторым параметрам, в частности по степени защиты.
Сегодня идет работа над созданием второго прототипа «Бойца-21». По данным экспертов, новый комплект будет легче предыдущего на 14 кг. В экипировку будут включены системы выживания бой   вооружение, система защиты и системы компьютерного управления огнем, приборы управления и связи, системы жизнеобеспечения и энергообеспечения. Главное изменение – в устройство костюма будут внедрены элементы экзоскелетных конструкций – металлический каркас, снимающий излишнюю нагрузку с мышц человека. Звучат обещания, что создаваемый комплект боевой экипировки не будет иметь аналогов в мире по своей эффективности. К примеру, новый боевой комплект превзойдет существующие импортные аналоги: например, он будет легче высокотехнологичной французской экипировки «солдата будущего» FELIN.+
Для усовершенствования боевой экипировки в настоящее время ведутся разработки бронематериала с использованием нанотехнологий, разработчики обещают, что новые материалы появятся в ближайшие годы. Обращает на себя внимание стоимость НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) экипировки «Боец-21», который разработчики оценивают в 35 миллионов долларов, в то же время, например, США на аналогичные работы выделяют 1,5 миллиарда долларов. Однако такие цифры наводят экспертов на мысль, что это больше бронированный костюм, а не полноценный экзоскелет.
Нужно также отметить, что в настоящее время реализация процесса застопорилась. Имеются проблемы с разработкой нового бронематериала с использованием нанотехнологий, кроме того, в России не существует ряда технологий, которые необходимы для создания такой экипировки, что в условиях санкций может серьезно затормозить проект. Появилась информация о проблеме с финансированием этого проекта, неслучайно планы оснащения Российской армии экзоскелетами были отложены до 2020 года. В итоге есть опасение, что к этому времени ликвидировать отставание от западных держав уже не получится – в США один из рабочих прототипов армейских экзоскелетов наверняка заработает.

А будут ли экзоскелеты широко применяться?

Как можно понять из обзора самых лучших моделей и прототипов, у всех вариаций экзоскелетов есть одно и то же слабое место — потребление электричества. Скорее всего, их будут совершенствовать до тех пор, пока они не станут пригодными для реального использования и после решения этого вопроса внедрять новый функционал. Тогда только и будет возможно его широкое применение.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!