Виды экзоскелетов. Реактивный человек-самолет exo-wing. Самые впечатляющие экзоскелеты современности

Конечно, далеко не каждый может быть настолько же красивым, успешным и умным, как миллиардер Тони Старк. Зато практически любой житель Земли имеет возможность стать Железным Человеком благодаря специальному костюму. Ведь экзоскелеты давно перестали быть фантастикой. И сегодня мы расскажем про 5 реально существующих их моделей.

TALOS

Над проектом под названием работает несколько десятков частных и государственных компаний из Соединенных Штатов Америки и некоторых других стран мира, в том числе, крупнейшие научно-исследовательские институты. Они задались целью создать персональную броню для каждого солдата, которая пусть и не сделает его полностью неуязвимым, зато намного увеличит физические возможности и шанс выжить во время боевых действий.

В основе системы TALOS лежит бронированный экзоскелет, который не только защищает солдата от попадания в него пуль и осколков, но также позволяет ему легко и свободно передвигаться по полю боя со снаряжением массой до 45 килограммов.

Костюм TALOS имеет встроенную систему заботы о здоровье бойца. Он оснащен множеством датчиков, отслеживающих физическое состояние солдата, а система надувных манжетов позволит в автоматическом режиме останавливать кровотечение при получении раны.

Точные характеристики экзоскелета TALOS не раскрываются. Тем более что на данный момент существуют лишь первые его прототипы. Ожидается, что окончательная версия костюма будет принята на вооружение армии США в 2018 году.

XOS 2

XOS 2 – это детище компании Raytheon из Университета Солт-Лейк-Сити. Данный экзоскелет многократно увеличивает силу человека в нем, а также защищает его от ряда внешних воздействий.

Впрочем, брони у экзоскелета XOS 2 пока что нету. Костюм предназначен, в первую очередь, для военных логистов, которым нужно переносить тяжелые грузы. В этом XOS 2, действительно, хорош. Он также позволяет человеку разбивать кирпичные стены и перебивать деревянные брусья.

Главный недостаток XOS 2 – это проблемы с его автономностью. Экзоскелет работает только будучи подключенным к автономному источнику энергии. Но компания Raytheon обещает исправить это в новой версии своего суперкостюма, добавив туда также бронированные вставки для защиты солдата от огнестрельного оружия.

Hybrid Assistive Limb

Пока одни организации работают над созданием экзоскелетов для военных нужд, чтобы создать идеальных солдат для убийства врагов, другие разрабатывают костюмы, которые позволяют больным и пострадавшим во время боевых действий людям вести полноценную жизнь.

К примеру, экзоскелет создан специально для реабилитации людей с проблемами опорно-двигательного аппарата. Он позволяет им вернуться к полноценной активной жизни. И те, кто еще недавно не мог встать с инвалидного кресла, теперь смогут если не бегать со скоростью олимпийского чемпиона, то, по крайней мере, снова ходить и даже подниматься по лестницам.

Экзоскелет Hybrid Assistive Limb предназначен также для стариков, для которых даже поход в магазин за продуктами превратился в сложный и иногда невыполнимый процесс.

Как и мышцы в человеческом организме, экзоскелет Hybrid Assistive Limb слушается био-электрических сигналов, исходящих из мозга человека.

Mobile Suit

Япония до сих пор не может оправиться от аварии на атомной станции Фукусима, поставившей весь мир под угрозу радиационной катастрофы. Страна восходящего солнца ежегодно выделяет миллиарды долларов на ликвидацию последствий этого происшествия. И одним из этапов борьбы с аварией стала разработка экзоскелета Mobile Suit.

Инженеры из Университета Цукуба разработали костюм Mobile Suit специально для ликвидации последствий аварии на Фукусиме. В основе этого экзоскелета лежит уже упомянутый выше Hybrid Assistive Limb. Успешная модель, помогающая старикам и инвалидам, превратилась в полноценный костюм, увеличивающий силы, защищающий от радиоактивной пыли и спасающий от перегрева.

Но самое интересное в экзоскелете Mobile Suit – это то, что он, действительно, похож на костюм Железного Человека.

Экзоскелеты могут не только увеличить силу человека или защитить его не хуже мощной брони. Благодаря этим металлическим конструкциям простой человек может пробежать марафон не запыхавшись или нырнуть на глубину в 300 метров. Экзоскелеты даже возвращают парализованным людям возможность ходить. Что же такое экзоскелет?

Это металлический каркас высотой до 2-2,5 метра с источником питания и программным обеспечением. Люди до сих пор не летают, как Железный Человек, лишь из-за проблем с источником питания – разработчики пока не нашли достаточно легкий и мощный вариант. В будущем светила науки надеются на беспроводную передачу энергии, но до реализации этой идеи пока дело не дошло.

Пусть пока мы не можем использовать экзоскелеты постоянно, но почувствовать себя Тони Старком на пару часов вполне реально. Мы расскажем вам о десяти моделях экзоскелетов, которые помогают людям самых разных профессий, а также тем, кто страдает самыми разными заболеваниями.

Activelink Power Loader

Помните роботизированного погрузчика из культового фильма "Чужие"? Этот экзоскелет назван в его честь. Разработала его Activelink – дочерняя фирма японской Panasonic. Производитель обещает, что с помощью Power Loader даже ребенок сможет поднять груз массой 30 кг одной рукой.

С помощью сенсоров экзоскелет "чувствует", когда пользователь прикладывает силу, и 18 электромагнитных моторов мгновенно берут всю работу на себя. Весит устройство 230 килограммов, но вы этого даже не почувствуете: благодаря обхвату вокруг ног алюминиевая конструкция поддерживает сама себя и не давит на пользователя.

Это целая линейка военных экзоскелетов – сейчас в разработке находится уже третье поколение. Весит конструкция всего лишь 80 кг, при этом позволяет владельцу поднимать грузы массой до 90 кг не поморщившись.

К сожалению, XOS 2 привязан к внешнему источнику питания, так что использовать в бою его нет смысла: повредится кабель питания, и экзоскелет превратится в груду металлолома. Создатели стараются решить проблему питания как можно скорее, и, возможно, уже XOS 3 перейдет на встроенные аккумуляторы.

А вот еще один американский военный экзоскелет. В отличие от предыдущей модели, начисто лишенной брони, TALOS призван стать щитом для солдата. Конечно, о полной неуязвимости говорить пока рано, но защитить от осколков и пуль броня экзоскелета способна, а возможность передвигаться по полю боя с 45 килограммами снаряжения – приятное дополнение.

Система позаботится о владельце: множество датчиков отслеживают физическое состояние солдата. Если он получил ранение, надувные манжеты автоматически остановят кровотечение. Полные характеристики TALOS засекречены – к тому же на данном этапе готовы лишь прототипы. Финальная модель поступит на вооружение армии Соединенных Штатов к 2018 году.

Нет, эта модель не превратит человека в зеленого монстра, но 140 килограммов перенести позволит. При этом система автоматически распределит массу, даже если вы будете держать груз за спиной.

HULC, он же Human Universal Load Carrier, работает на литий-полимерных батареях. Полного заряда, по заявлению производителей, Lockheed Martin и Berkeley Bionics, хватит на 72 часа эксплуатации. Вполне возможно, что именно этот вид экзоскелетов первым поступит на вооружение США.

Jetpack

Пробежать милю (1,6 км) за 4 минуты с 45-килограммовой амуницией? Новинка, профинансированная агентством передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA), – Jetpack – делает это реальным. Конечно, речь идет о подготовленных солдатах: простой человек подобной скорости не достигнет, но и разработка направлена на военные нужды.

Примечательно, что экзоскелет распознает повреждения, которые может получить владелец. Если солдат травмировал колено, система автоматически усилит поддержку в этом месте так, что человек этого даже не заметит. Разумеется, перелом компенсировать не удастся, но и в таком случае Jetpack окажется настоящим спасителем: пусть не добежать, но дойти до медицинского пункта с его помощью вполне реально.

Soft Exosuit

Экзоскелеты – это не всегда гора металла. По крайней мере, так считают сотрудники Института Вайса Гарвардского университета (США), создавшие прототип экзоскелета, который можно будет надевать под одежду, как термобелье. Проектом уже заинтересовалось агентство DARPA и подписало контракт на 2,9 млн долларов.

Soft Exosuit будет выполнен из функциональной ткани, пронизанной датчиками. Такой экзоскелет не будет сковывать движений, но при этом сможет анализировать движения человека лучше, чем жесткая конструкция. Разработчики сосредоточены на предотвращении скелетно-мышечных травм в условиях боевых действий, но применение для Soft Exosuit найдется и в мирной жизни: он поможет спортсменам во время тренировок, а инвалидам и пожилым людям – в повседневных делах.

Как и Power Loader, этот экзоскелет разработан в Японии. Полное его название – Hybrid Assistive Limb. Впервые устройство было представлено в далеком 1997 году компанией Cyberdine Inc, и сейчас, после серии прототипов, в ходу две модели: HAL 3 (восстановление двигательной функции ног) и HAL 5 (восстановление рук, ног и торса).

С 2013 года HAL взяли на вооружение более 130 японских клиник для реабилитации больных с хроническими заболеваниями мышечной и нервной систем. В том же году HAL выдали сертификат на применение в Европе. Примечательно, что экзоскелет можно взять в аренду – в Японии ежемесячная плата за HAL 5 составляет около 17 тысяч долларов.

Mobile Suit

Еще одно изобретение японцев. Этот экзоскелет, больше похожий на скафандр, создан для ликвидации последствий аварии на атомной станции Фукусима.

В основе его лежит уже упомянутый HAL, но функции у него совершенно иные. Mobile Suit не восстанавливает двигательные способности, а увеличивает силу человека и защищает его от радиации и перегрева.

"ЭкзоАтлет"

Снова медицинская модель, но на сей раз российского производства. Она позволит парализованным людям отказаться от инвалидной коляски и ходить самостоятельно. По словам разработчиков, "ЭкзоАтлет" предназначен как для медицинской, так и для социальной реабилитации пациентов.

Уже в этом месяце начнутся первые испытания механизма на пациентах. Из 700 кандидатов с нарушением опорно-двигательного аппарата были выбраны участники клинического исследования, в которое входит 30-часовой курс тренировок на "ЭкзоАтлете". После этого будет решаться вопрос о поставке модели в медицинские учреждения.

Titan Arm

В 2013 году студенты Пенсильванского университета получили премию Джейсона Дайсона за свое изобретение – Titan Arm. Он усиливает лишь руки, а основа конструкции находится в рюкзаке, где и происходит распределение нагрузки. С помощью этого экзоскелета любой человек может поднять 18-килограммовый груз, будто он ничего не весит.

Эта модель многоцелевая: может использоваться на производстве, где требуется поднимать тяжести, людьми с нарушениями двигательной функции рук или в ходе реабилитации после травм и операций. Но главное преимущество Titan Arm, благодаря которому судьи отдали этой разработке первое место, – относительно низкие затраты на производство. Купить устройство можно будет примерно за 10 тысяч долларов. Для сравнения: средняя стоимость предыдущих девяти моделей составляет 90 тысяч долларов. На данный момент экзоскелет проходит ряд клинических испытаний, о начале продаж пока не сообщается.

Со временем слова обретают новое основное значение, а то, которое появилось первым, постепенно отходит на второй план. Экзоскелет - это, прежде всего, внешний тип скелета у некоторых беспозвоночных животных. Однако сейчас в голове у людей это слово вызывает скорее образ не краба, а персонажа из какого-нибудь фантастического фильма.

Первый аналог экзоскелета как механизма был предложен русским изобретателем Николасом Ягиным (в документе он упоминается как «подданный Российской империи Николас Ягн») еще в 1890 году. По крайней мере, именно тогда он получил соответствующий патент на «аппарат для облегчения ходьбы». Устройство позволяло быстрее бегать, выше прыгать и меньше уставать. В «экзоскелете» Ягина не было активных усилителей, а для увеличения тяги применялся газ. Кстати, его современным аналогом можно назвать так называемые «джамперы».

Спустя примерно 70 лет появился первый экзоскелет в его нынешнем понимании. Конструкцию разработали совместными усилиями компания General Electric и американские военные. Модель Hardiman не отличалась изящным внешним видом: это был массивный и тяжелый механизм, способный поднимать огромный вес. Технические сложности не позволили развить проект, который был закрыт еще до испытаний с участием человека: отдельные компоненты работали, а вот в виде собранного экзоскелета он представлял угрозу для испытателя.

Идея создания подобных устройств продолжала будоражить умы ученых и инженеров, но долгое время ничего путного и практичного они выпустить не могли. Наиболее интересные экземпляры до последнего времени можно было наблюдать лишь в фантастических фильмах. В первую часть нашего топа экзоскелетов и экзокостюмов включены именно они.

Фантастика, да и только

1. Caterpillar P-5000 Power Loader из фильма «Чужие» 1986 года. Он задумывался как механизм с четырьмя конечностями, однако после выхода картины «Звездные войны: Эпизод 5 - Империя наносит ответный удар» Джеймс Кэмерон посчитал его слишком похожим на шагающих AT-AT. В итоге появился двуногий экзоскелет, ставший прообразом для AMP (Mitsubishi MK-6 Amplified Mobility Platform) из «Аватара» 2009 года.

Mitsubishi MK-6 Amplified Mobility Platform

P-5000 - эдакий работяга, способный увеличивать силу человека в тысячи раз и поднимать груз до четырех тонн. В качестве источника питания применялась водородная батарея, имелось три двигателя для приведения в действие подъемника и нижних конечностей. Даже сегодня такой механизм, придуманный десятилетия назад, в случае его появления стал бы отличным помощником человеку на предприятиях. Да и конструкция его, как и возможности, не выглядит столь уж фантастической.

Кстати, помимо P-5000, в «Чужих» (во всей франшизе) есть еще один пример экзоскелета - это, собственно, сами ксеноморфы на некоторых стадиях своей жизни.

2. Armored Personnel Unit (APU) из культовой трилогии «Матрица». Устройства впервые встречаются в фильме «Матрица: Перезагрузка», в действии же их можно наблюдать в «Революции»: обе картины вышли в 2003 году весной и осенью соответственно. Согласно истории вымышленного мира, всего было выпущено 120 тыс. таких монстров, из которых в активном состоянии осталось чуть более трех сотен.

В отличие от P-5000, APU являлись боевыми единицами с двумя 30-мм скорострельными пулеметами - по одному на каждой верхней конечности. К слабым сторонам механизмов можно отнести отсутствие защищенного кокпита и необходимость перезаряжать орудия вручную с участием людей. В первом случае решение продиктовано желанием дизайнеров показать персонажей фильма, а не скрывать их за стеклом и металлом. Хотя и сами механизмы не отличались крепостью, так как должны были обладать высокой маневренностью. В нашем топе они оказались благодаря зрелищным кадрам с их участием во время битвы за Сион (Зион).

3. Серия костюмов Mark , разработку которых ведет компания Тони Старка Stark Industries, занимающая 16-е место среди 25 крупнейших вымышленных корпораций мира. Кстати, первое место в этом рейтинге принадлежит CHOAM из вселенной Dune, 20-е - Cyberdyne Systems Corp., печально известной созданием терминаторов.

Выбирать отдельную модель Железного Человека среди десятков видится делом неблагодарным, поэтому за общую плодовитость Stark Industries и разнообразие отдадим это место именно Mark’ам. Особенной популярностью, правда, пользуются те, которые фигурировали в кинофраншизе: красный с золотом костюм примелькался и знаком почти каждому. Многофункциональное устройство не только значительно усиливает возможности человека, но и позволяет ему летать.

В качестве источника питания в нем применяются ядерный реактор и репульсоры, которые также встречаются в «Звездных войнах». Это наиболее фантастический экзоскелет из представленных в нашем рейтинге. Применяемые в нем технологии далеки от воплощения в реальности, и ожидать появления аналогов в обозримом будущем не приходится.

4. В отличие от костюмов Mark от Stark Industries, экзоскелет персонажа Мэтта Дэймона по имени Макс из фантастического фильма «Элизиум: Рай не на Земле» является, вероятно, претендентом на создание «всамделишной» модели. Правда, имеются некоторые нюансы: он подключается непосредственно к организму носителя (в том числе к мозгу), превращая человека в подобие киборга. В остальном это отличный образчик того, как с помощью технологий можно избавить людей от недугов и сделать их сильнее и быстрее.

По словам экспертов, костюм Макса работает по примерно тем же принципам, что и существующие уже сегодня модели и прототипы. Конечно, он легче, имеет больше степеней свободы, в его случае не стоит проблема с источником питания. Основная преграда - создание эффективного и безопасного интерфейса «человек - компьютер», когда они оба становятся единым целым. Когда-нибудь это станет реальностью.

5. Combat Jacket из фантастического боевика «Грань будущего» с Томом Крузом в главной роли. Экзоскелет не имеет какого-либо «торгового» названия и представляет собой одну из модификаций стандартной амуниции для солдат будущего. В качестве боевого снаряжения используются как вполне реальные «стволы» - FN SCAR-H (Mk 17) с гранатометом FN EGLM (Mk 13), так и несуществующие (плечевая автопушка и 16-зарядная ракетница).

Если придираться, то в настоящем бою костюм майора Уильяма Кейджа окажется не столь эффективным, как хотелось бы. Он может применяться разве что в схватке с легковооруженным противником: броня отсутствует и первая шальная пуля станет последней. Впрочем, далеко не все участвующие сегодня в боевых операциях армии используют бронежилеты или иные средства индивидуальной защиты для своих солдат.

Экзоскелет Combat Jacket является примером того, что может появиться у некоторых армий в самом ближайшем будущем. Кстати, модели, которые носят Том Круз и Эмили Блант, собраны из множества элементов и не являются полной бутафорией. По словам модельера, который собирал экзокостюмы для съемок, каждый из них состоит из 350-400 деталей.

Не заглядывая в будущее

Далее следуют пять образцов уже существующих экзоскелетов, которые проходят испытания или используются военными, гражданскими организациями либо медицинскими учреждениями. Некоторые конструктивные особенности этих устройств позаимствованы из научно-фантастической литературы и кино: не секрет, что многие из существующих ныне гаджетов в прошлом были не более чем образами в головах изобретателей, писателей и мечтателей.

1. Первое место мы отдаем тому экзоскелету, необходимость в котором действительно очевидна. Система ReWalk имеет уже шестую версию и является коммерческим продуктом. Цена на него может показаться недостижимой для многих: один экземпляр обойдется примерно в $85 тыс. Первоначально было выпущено две модели устройства: одна применялась медицинскими учреждениями для исследований и терапии под присмотром врачей, вторая предназначалась для персонального применения.

Экзоскелет ReWalk помогает пациентам, которые по тем или иным причинам не способны передвигаться самостоятельно. Система состоит из «рюкзака» весом в 2,3 кг, в котором размещаются батарея и Windows-компьютер, и «ног» общим весом в 21 кг. Емкости батареи достаточно для трех часов беспрерывной ходьбы, заряжается она около восьми часов.

Устройство, которое изготавливается по индивидуальному заказу, работает в трех режимах: оно поддерживает человека при ходьбе, сидении и стоянии. Некоторые пользователи жалуются на чрезмерный вес системы и ее высокую стоимость (в США страховка не покрывает затраты на покупку экзоскелета).

Аналогом ReWalk является проект Indego , который пока не доступен для покупателей и используется в исследовательских целях и медицинскими учреждениями. Его продажи могут начаться в 2015 году. Имеются и другие проекты, ориентированные на реабилитацию людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата.

2. Экзоскелет Rex можно отнести к категории «Очевидное - невероятное». Он не только дает силу не способным сокращаться мышцам, но и управляется с помощью мыслей. Первым полностью парализованным человеком, подключенным к системе искусственной вентиляции легких, стал 21-летний Роб Кэмм, попавший в 2013 году в автомобильную аварию. Бывший спортсмен не сдался и продолжил вести активную жизнь (в соответствии со своими возможностями). В итоге ему удалось сделать несколько почти самостоятельных шагов.

Для приведения экзоскелета в движение используется специальный шлем с 79 электродами, которые снимают показания мозговой активности и трансформируют их в команды для машины. Очевидно, что первые шаги даются Робу с огромным трудом, однако предоставленная молодому человеку возможность приводит его в восторг.

Всего выпущено 17 таких механизмов. Они доступны только в медицинских учреждениях.

3. Human Universal Load Carrier (HULC) разрабатывается компанией Ekso Bionics (которая также занимается выпуском систем для применения в медицинских целях). Устройство ориентировано на военных и в перспективе позволит человеку переносить груз весом около 90 кг на скорости до 16 км/ч (это чуть ниже средних показателей бега) на расстояние примерно 20 км. При подъеме и переноске тяжестей всю нагрузку на себя берет экзоскелет, в противном случае появилась бы опасность травмирования оператора.

Экзоскелетом называется внешний каркас, который позволяет человеку совершать поистине фантастические действия: поднимать тяжести, летать, бегать с огромной скоростью, совершать гигантские прыжки и т.д. И если вы думаете, что такими устройствами обладают только главные герои "Железного человека" или "Аватара", то вы глубоко ошибаетесь. Они доступны человечеству еще с 60-х гг. прошлого века; более того, вы можете узнать, как собрать экзоскелет своими руками! Впрочем, обо всем по порядку.

Экзоскелет: знакомство

Сегодня вы вполне можете приобрести себе экзоскелет - подобную продукцию выпускает Ekso Bionics и Hybrid Assistive Limb (Япония), Indego (США), ReWalk (Израиль). Но только если у вас есть лишние 75-120 тысяч евро. В России же пока производятся только медицинские экзоскелеты. Их проектирует и выпускает компания "Экзоатлет".

Первый экзоскелет своими руками изготовили ученые корпораций General Electric и United States Military еще в шестидесятых годах прошлого века. Он назывался Hardiman и мог свободно поднять в воздух груз, предельно равный 110 кг. Надевший же это устройство человек в процессе испытывал нагрузку, как при поднятии 4,5 кг! Только вот сам Hardiman при этом весил все 680 кг. Оттого он и не пользовался большим спросом.

Все экзоскелеты подразделяются на три типа:

полностью роботизированные;

для ног.

Современные робокостюмы весят от 5 до 30 и выше кг. Они бывают как активными, так и пассивными (работающими только по команде оператора). По предназначению экзоскелеты делятся на военные, медицинские, промышленные и космические. Рассмотрим самые замечательные из них.

Самые впечатляющие экзоскелеты современности

Собрать такие экзоскелеты своими руками дома в ближайшее время, конечно, не получится, однако познакомиться с ними стоит:

DM (Dream machine) . Это полностью автоматический гидравлический экзоскелет, который управляется голосом своего оператора. Устройство весит 21 кг и способно выдерживать человека весом до центнера. Пока что используется для реабилитации пациентов, которые не могут ходить вследствие заболеваний ЦНС или иных нейромышечных болезней. Примерная стоимость - 7 млн рублей.
Ekso GT . Миссия этого экзоскелета та же, что и у предыдущего - он помогает людям с патологиями моторных функций ног. Характеристики схожи с предыдущим, цена - 7,5 млн рублей.
ReWalk . Призван вновь подарить движение людям с параличом нижних конечностей. Весит устройство 25 кг и способно работать без подзарядки 3 часа. Экзоскелет доступен в Европе и США в сумме, эквивалентной 3,5 млн рублей.
REX . Сегодня это устройство можно купить и в России за 9 млн рублей. Экзоскелет дарит людям с параличом ног не только самостоятельную ходьбу, но и возможность встать/сесть, повернуться, пойти "лунной походкой", спуститься по лестнице и т.д. REX управляется джойстиком, способен функционировать без подзарядки весь день.
HAL (Hybrid Assistive Limb) . Существует в двух вариантах - для рук и для рук/ног/торса. Данное изобретение позволяет оператору поднять вес в 5 раз тяжелее предельного для человека. Также применяется для реабилитации парализованных людей. Весит этот экзоскелет всего 12 кг, а его зарядки хватает на 1,0-1,5 ч.

Как сделать экзоскелет своими руками: Джеймс Hacksmith Хобсон

Первым и пока единственным человеком, сумевшим сконструировать экзоскелет во внелабораторных условиях, является канадский инженер Джеймс Хобсон. Изобретатель собрал устройство, которое позволяет ему свободно поднимать в воздух 78-килограммовые шлакоблоки. Работает его экзоскелет на пневмоцилиндрах, которые снабжает энергией компрессор, а управляется устройство при помощи пульта.

Канадец не держит в секрете свое изобретение. Как собрать экзоскелет своими руками по его примеру, вы можете узнать на сайте инженера и на его канале на "Ютуб". Однако учтите, что тяжесть веса, поднимаемого таким экзоскелетом, ложится исключительно на позвоночник оператора.

Экзоскелет своими руками: примерная схема

Подробной инструкции, позволяющей в легкую собрать экзоскелет дома, нет. Однако понятно, что для него будет нужен:

каркас, отличающийся прочностью и подвижностью;
гидравлические поршни;
барокамеры;
вакуумные насосы;
источник питания;
прочные трубки, способные выдержать высокое давление;
компьютер для управления;
датчики;
софт, позволяющий отправлять и преобразовывать сведения с датчиков для нужной работы клапанов.

Как будет примерно работать эта композиция:

Один насос должен увеличивать давление в системе, другой - уменьшать.
Работа клапанов зависит от давления в барокамерах, повышение/понижение которого и будет управлять системой.
Расположение датчиков (против движения конечностей): шесть - руки, четыре - спина, три - ноги, два стопы (всего более 30).
Компьютерное обеспечение должно исключить давление на датчики.
Сигналы датчиков нужно подразделить на условные (информация с них полезна, если безусловный датчик не "говорит" о испытываемым им давлении) и безусловные. Условность/безусловность этих элементов может определять, например, акселерометр.
Руки экзоскелета - трехпалые, отделенные от запястья оператора, - чтобы исключить травмы и придать дополнительную прочность.
Источник питания выбирается после сборки и пробной апробации экзоскелета.

Пока что только в сфере реабилитации, уже начинают входить в нашу жизнь. Появляются изобретатели, способные соорудить такое устройство вне лаборатории. Вполне возможно, что в ближайшем будущем любой школьник сможет собрать экзоскелет Сталкера своими руками. Уже можно предсказать, что за такими системами - будущее.

Люди всегда мечтали стать сильнее, чем они есть на самом деле. А некоторые из них старались свои мечты воплощать в жизнь Первым таким изобретением стал рычаг, потом блок и канат для подъема грузов. При помощи этих нехитрых приспособлений человек может поднять груз намного тяжелее своего тела. Но ведь хочется большего. Хочется без блоков и канатов, без рычагов, своими руками.

Нет. своими руками, конечно, не получится. Но любой человек сможет сделать это при помощи экзоскелета.
Экзоскелет -это усилитель человеческих мускулов, Это такая штука, которая делает человека во много крат сильнее - такие машины очень нужны в армии.

Шагающий погрузчик Caterpillar Р-5000. Кадр из фильма «Чужой»

Один солдат в подобном экзоскелете запросто заменит троих-четверых. К тому же одним ударом своего железного кулака сможет сокрушить, наверно, и кирпичную кладку. Более простые конструкции могут быть использованы в бытовых условиях для подъема тяжестей, а так же они могут помочь инвалидам и пожилым людям, имеющим проблемы с опорно-двигательным аппаратом. Если когда-нибудь появятся в продаже доступные упрощенные экзоскелеты, то наверняка они будут пользоваться успехом у туристов, которые любят многокилометровые пешие прогулки по пересеченной местности.

Первыми экэоскелетами были обычные костыли, но людям этого было мало. Им захотелось создать симбиоз человека и машины. Мечта стать сильнее, чем мы есть, трансформировалась в образ, которому и дали это странное название - экзоскепет,

ЭКЗОСКЕЛЕТЫ В ФАНТАСТИКЕ

Вначале экзоскелеты появились в фантастических романах. Так, Иван Ефремов в романе «Туманность Андромеды» (1957) ввел особые «прыгающие скелеты». Вот как их описывает писатель:
«В шлюзовой каюте у выхода были заранее приготовлены биологические скафандры и «прыгающие скелеты» - стальные, обшитые кожей каркасы с электродвигателем, пружинами и амортизаторами для индивидуального передвижения при увеличенной силе тяжести, которые надевались поверх скафандров».

А вот он описывает саму прогулку по планете с высокой силой тяжести:
«Без большой практики было очень трудно координировать собственное тело с движением рычагов стального «скелета». От этого ходьба сопровождалась толчками и жестоким встряхиванием. Даже из короткого похода люди А Роберт Хайнлайн использует экзоскелет уже в военных целях В 1959 году он написал роман «Звездный десанте, (получившей премию «Хьюго» год спустя после написания) в котором показывает бронированный скафандр, облачившись в который, человек может бегать, прыгать, летать при помощи встроенных ракетных двигатепей и еще много полезных и не очень полезных вещей.

В 1987 году Станислав Лем создал свой последний роман, после которого он перестал писать художественную литературу и посвятил оставшиеся девятнадцать лет жизни философии и литературной критике, Роман называется «Фиаско», сейчас не важно о чем велось в нем повествование, главная наша тема - экзоскелеты.

Вот что пишет Лем по этому поводу:
«Большеходы стали воплощением концепции экзоскелета. который в качестве внешнего усилителя человеческого тепа был известен по многим прототипам двадцатого столетия. Изобретение осталось на стадии разработки, поскольку на Земле для него не было применения. Эта идея возродилась при освоении Солнечной системы. Появились машины, приспособленные к планетам, на которых они должны были работать, к местным задачам и условиям.... Большеходу нельзя делать резких движений - как нельзя мгновенно остановить в море крейсер или вращать стрелой подъемного крана, как пропеллером...»

Конечно же, писатель немного ошибся - скорее всего, экзоскелеты найдут применение на Земле и когда-нибудь будут доступны так же, как сейчас доступны мобильные телефоны, Тема экзоскелетов также мелькает и в фантастических фильмах. Надеюсь, все помнят «Чужого», где смелая Рипли борется с монстром, стоя внутри погрузчика.

А если взять фильм «Железный человек» (2008), то он и вовсе целиком посвящен теме экзоскелета.
Можно было бы привести и другие примеры, но пока ограничимся вышеприведенными.

Экзоскелет из фильма "Аватар" (2009)

Когда появились прототипы экзоскелета? Имеют ли они право на существование? Почему до сих пор нет реально действующих моделей этих чудо-машин, этих усилителей наших мускулов? Сейчас попытаемся в этом разобраться.

ПЕРВАЯ ЛАСТОЧКА

Первая ласточка оказалась неповоротливым бегемотом. Первый рабочий экзоскелет был разработан компанией General Electric в шестидесятые годы двадцатого века. Это была громоздкая конструкция. Человек помещался внутри этой стальной машины и напоминал огромного железного рака - двигался он очень медленно, две огромные рачьи клешни, которыми манипулировал оператор, отвечали на приказы неохотно, и ему с огромным трудом удавалось удерживать их под контролем Гидравлические клешни подразумевали насосы, которые и двигают гидравлику - и без того массивный Hardiman, как назывался этот монстр, зависел от еще больших размеров периферии - электрогенераторов и вспомогательной аппаратуры, которой было оборудовано довольно-таки боль-шов помещение.

Конструкция экзоскелета Hardiman должна была увеличить силу оператора в тридцать раз, то есть один человек мог бы заменить целую топпу грузчиков. По крайней мере один оператор внутри Hardiman теоретически должен был способен поднять груз весом в 1500 фунтов На эту разработку возлагали большие надежды военные - Hardiman был бы очень полезен на авианосцах при загрузке бомб и ракет. Но мечты не всегда становятся реальностью - дальше опытных образцов дело не пошло. В конструкции экзоскелета было несколько существенных недоработок.

Во-первых, он не мог адекватно передвигаться даже по ровной поверхности - при каждом шаге оператор рисковал упасть и погибнуть под тяжестью этой машины. Ходить по-человечески Hardiman наотрез отказывался, и мало кто из нормальных людей согласился бы управлять таким капризным железным человеком. Вторая недоработка - из запланированных 700 килограмм Hardiman смог выжать только 300, а если учесть, что конструкция весила вдвое больше, то это рекордом не назовешь. К 1970 году удалось заставить работать только одну клешню, что тоже не посчитали очень хорошим результатом. А если учесть вагон и маленькую тележку периферийного оборудования, то проект и вовсе показался неперспективным. Даже сейчас еще не найдено альтернативы портативного источника питания для подобных громадин.

Несколько лет помечтали - и хватит В 1971 году проект Hardiman был заморожен за отсутствием видимых перспектив развития.

Потом, в фильме «Чужой», появился шагающий погрузчик Caterpillar Р-5000, которым ловко управляла лейтенант Рипли. В основу этого несуществующего в реальности погрузчика бып положен именно Hardiman. Вот только в фильме электрические кабеля остались за кадром, и машина показана как полностью автономный погрузчик. Именно такой, какой и хотели сделать умельцы из General Electric. Но не смогли.

Люди и в дальнейшем не оставляли попыток сделать себя киборгами, уж очень хотелось им научиться играть железными мускулами, почувствовать мощь своего железного тела. Есть две основные мечты - научиться летать и стать сильным, как слон. Если летать люди научились при помощи парашютов и парапланов, то есть, обходясь минимумом, то стать сильными пока не удается.

После нескольких попыток создать эффективный экзоскелет наступило долгое затишье. Лишь изредка проскакивали проекты, которые не шли дальше ватмана, и лишь недавно стали появляться рабочие модели. Если зкзоскепеты для обычных людей-инвалидов уже почти готовы к выходу в свет, то с военными разработками пока полный стоп.

СОВРЕМЕННЫЕ РОБО-КОСТЮМЫ XOS

В течение нескольких лет, начиная с 2000 года, компания Sacros работала в области микроэлектромеханических систем, занимаясь разработкой робототехники. 12 ноября 2007 ее купила американская компания Raytheon, крупный поставщик военного ведомства США. взяв разработки под свой контроль. Кроме экзоскелетов, Sacros разрабатывала роботизированные манекены, а также это она создавала динозавров для фильма «Парк Юрского периода».

Показ экзоскелета XOS был, видимо, приурочен к выходу фильма «Железный человек», и даже рекламные ролики от Raytheon содержали кадры из этого фильма. Одна неясность с названием - везде этот экзоскелет называют XOS - везде, кроме компании Raytheon. Видимо, это просто укороченное название на английском - Exosceleton.

Действует этот робот примерно так же, как и все остальные такого типа. У него есть сенсоры, которые регистрируют мышечные сокращения и передают сигналы на моторы. Причем моторы реагируют быстро, но человек, втиснутый в XOS. все же ощущает небольшую задержку движения. И - самое главное - экзоскелет увеличивает силу человека в двадцать раз. то есть человек без усилий может поднять груз весом в 200 кг. Правда, переносить такие грузы на спине он навряд ли сможет, но оторвать от земли этот вес под силу.
Никаких подробностей разработчики не сообщали, видимо, боясь конкурентов. Да и экзоскелет еще не вполне доработан до конца, так что рано ставить точки над I.

На показе экзоскелета оператор, который надел на себя этот костюм - или. вернее будет сказано, влез в него - чего только не делал! Он и отжимался с грузом на спине весом в девяносто килограмм, и таскал различные тяжести, и ходил по наклонной плоскости, а также быстрыми и точными движениями бил по боксерской груше. И все это он делал с такой легкостью, будто совершал утреннюю прогулку.

Изначально XOS рассчитан на военных, то есть для погрузки боеприпасов, а также для участия в боевых действиях. Однако Стивен Якобсен, директор Sarcos и руководитель проекта, надеется, что изобретение найдет свое место не только для разгрузочных работ, но и для помощи людям с ограниченными физическими возможностями.

Одна большая проблема этого экзоскелета, да и многих других тоже-отсутствие портативного источника питания. На данном этапе XOS может использоваться только в тех местах, где его есть куда подключить при помощи толстенного электрического кабеля. Наверно, пока это будут только военные склады боеприпасов.
В будущем, если проблемы с питанием будут решены, подобные костюмы можно будет одевать в броню - и получится настоящий «Железный человек». Однако война - это не самый лучший способ использования новых технологий. Будем надеяться, что эти костюмы будут использоваться в первую очередь в мирных целях.

Так уж повелось, что любое изобретение, как бы грустно это не звучало, сначала находит применение в военных целях, и только потом его начинают использовать мирные граждане. Первым каменным топором наверняка сначала раскроили череп противника, и лишь после этого им стали рубить ветки для костров. Атом впервые испытали на Хиросиме. А мирным его сделали намного позже.

Хотя есть 11 исключения - порох изначально использовался для увеселительных салютов, убивать он начал в средние века. Но экзоскелеты - не исключение. Несмотря на то, что есть много мирных разработок, началось все именно с армейских заказов.

Мы уже говорили о двух экзоскелетах. Это первая ласточка Hardiman компании General Electric, которая так и не научилась летать, и робокостюм XOS компании Sacros. Пока это всего лишь опытные образцы с кучей недостатков, но когда-нибудь люди решат основные проблемы, из-за которых пока ни в одной армии еще нет этих человеко-танков. Сейчас испытания экзоскелетов больше похожи на показ мод и не идут дальше дефилирования по подиуму. Но, возможно, пройдет несколько лет - и солдат смогут одеть в робокостюмы.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГРУЗОВОЙ ЭКЗОСКЕЛЕТ HULC

Аббревиатура HULC расшифровывается как Human Universal Load Carrier exoskeleton (Универсальное транспортировочное устройство для человека).

Изначально над прототипом этого экзоскелета работала калифорнийская компания Berkeley Bionics. Работала она по заказу агентства DARPA в рамках проекта по внедрению высоких технологий в военную сферу. Назывался их экзоскелет BLEEX (Berkeley Lower Extremity Exoskeleton). Но после их разработки выкупила компания Lockheed Martin и внеся некоторые доработки, создала на основе BLEEX новую модель - экзоскелет HULC.

В начале 2009 года в штате Флорида проходил армейский симпозиум Army Winter Symposium. На нем компания Lockheed Martin показана подготовленный к серийному производству силовой экзоскелет HULC. Ну, любят американцы дешевые рисовки - этого у них не отнимешь. Если демонстрация экзоскелета XOS компаний Raytheon и Sacros был приурочен к показу фильма «Железный человеке, то HULC должен ассоциироваться с зеленым человечком из бпокбастера «Невероятный Халк». Больше всего меня удивляет, что на подобный пиар идут не какие-то гламурные проекты, а серьезные военно-промышленные компании. Ну да ладно, речь не об этом.

Образец экзоскелета позволяет переносить груз до 90 кг в течение 1 часа со средней скоростью почти 5 км/ч и возможностью кратковременных ускорений до 16 км/ч. Питается он от литий-полимерной батареи, которая весит всего-то два килограмма. Планируется оснастить HULC другими источниками питания: компания Lockheed Martin разрабатывает бесшумный топливный генератор, работающий на реактивном топливе. От подобного генератора костюм HULC сможет работать до 3 суток на одной заправке, и это в том случае, если солдат будет двигаться по 8 часов в день.

Пока костюм HULC - это только сильные ноги и крепкое тело. До рук дело еще не дошло. Но, несмотря на это. уже создана специальная система креплений, которая позволяет устанавливать на экзоскелет дополнительное оборудование, такое как броню, различные датчики или даже станковый пулемет. При всем при этом солдат, не ощущая большой тяжести, сможет спокойно передвигаться.

Экзоскепет HULC - это кость в горле создателей робо-костюма XOS. Во-первых, он весит всего 55 фунтов (25 кг), его можно быстро надеть, снять и перенести в небольшом чемоданчике. Во-вторых, HULC не нуждается в толстенных удавах-кабелях В третьих, создатели утверждают, что даже если заряд батарей закончится, то HULC все равно облегчит движение солдату и компенсирует удары и нагрузку, А человек в экзоскелете XOS с отрубленным кабелем будет похож на танкиста в подбитом танке, выбраться из которого без посторонней помощи будет проблемно.

PISCES - РОБОКОСТЮМ АКВАЛАНГИСТА

Многие из нас любят плавать под водой. И все знают, что очень много человеческих усилий уходит на преодоление сопротивления воды, чтобы преобразовать силу в поступательное движение. КПД, честно говоря, никакой - около 3%. Надев на ноги ласты, мы увеличим КПД до 10-15% - и все. Есть, конечно, и механические приспособления для облегчения плавания под водой. Но сейчас они уже не совсем актуальны. Устарели они. Если кто видел фильм «Бриллиантовая рука», то наверняка помнит эпизод, в котором герой плывет под водой при помощи механической торпеды Они и сейчас используются, но эти штуки слишком уж массивны и их легко обнаружить.

Уже после того, как были опробованы экзоскелеты XOS и HULC. американские военные задумались о таком же робо-костюме, но только для аквалангистов. Ведь часто бойцам спецслужб приходится высаживаться в самых неожиданных местах. А порою удобней всего делать это на морском берегу - тихо-мирно выбраться, спрятать акваланг и - в атаку! Но если человек проплыл под водой не один километр, то какая уж тут атака, он устал, у него нет сил - никакая физическая подготовка не поможет. Вот тут военные и заказали ученым разработать экзоскелет для аквалангистов.

POWERSWIM И PISCES – ЭКЗОСКЕЛЕТЫ ДЛЯ ВОДОЛАЗОВ

Работать над созданием экзосхелета предложили исследователям из института когнитивных способностей человека и машин (Institute for Human and Machine Cognition) - Питеру Нойхаусу и Джерри Пратту. Дело в том. что эти специалисты по двигательным функциям человека и животных в 2004 году разработали прототип экзоскелетэ для плавания под водой - тогда они не думали о военных и делали гражданскую модель. Идея была очень простая - на бедрах и икрах укреплены небольшие моторы, на спине батарея - ноги не устают, мышцы не напрягаются, и пока аккумулятор не сядет, аквалангист может плыть и плыть.

PISCES - «Вспомогательный самодостаточный экзоскелет для плавания» (Performance Improving Self Coniained Exoskeleton for Swimming) - гак называется новый экзоскелет, разработанный на основе старой модели. В основу концепции заложена подражательная физиология. Люди часто перенимают у животных способы передвижения - на этот раз исследователи копировали движения дельфинов и морских черепах. Кстати, одна из первых наработок позаимствовала способ движения в воде у пингвинов, и экзоскелет был снабжен пингвиньими крылышками. Но после некоторых расчетов все же победили дельфины и черепахи - хотя бы потому, что дельфины пользуются одними только хвостами.

Экзоскелет в отличие от торпед-буксировщиков практически бесшумен и поэтому аквалангиста, облаченного в подобный робохостюм. обнаружить будет довольно сложно. Во-вторых, действуя лишь ногами («хвостом)*), аквалангист полностью освобождает руки для различных манипуляций.

Сейчас уже есть рабочие модели, они проходят испытания и вроде бы показывают неплохие результаты Конечно же, сначала все идет на оборонку, ко Питер Нойхаус уверен, что в дальнейшем на базе PISCES можно будет делать экзоскелеты для инвалидов.

РЕАКТИВНЫЙ ЧЕЛОВЕК-САМОЛЕТ EXO-WING

Чего только в легендах и сказках не услышишь. И ковры-самолеты, и крылья Икара. А американская компания Atair Aerospace взяла и сделала рюкзак-самолет. Вообще-то эта компания занимается разработкой и созданием техники для доставки грузов по воздуху. Парапланы, парашюты - это одна из сторон работы Atair Aerospace. Автомобили, которые доставляются на место парапланами - это еше один виток разработок Так, в 2005 году компания показала летающий автомобиль «Химера», который после планирования способен самостоятельно взлетать, используя параплан Этот автомобиль по сути - обыкновенное багги с притороченным сзади винтом в кольцевом обтекателе. И в воздухе он развивает скорость до 65 км/ч.

Но на летающем автомобиле Atair Aerospace решила не останавливаться. И начала работать над созданием летающих людей. И у них получился человек-самолет. Самый настоящий человек с самыми настоящими крыльями и реактивными турбинами. EXO-Wing - так называется этот летательный аппарат. Выглядит он просто как крылья с двумя микротурбинами. Крылья эти изготовлены из высококачественных композитных материалов нового поколения, которые разработала Atair Aerospace.

EXO-Wing имеет относительно небольшой вес и его можно косить за спиной, как ранец. Аппарат позволяет человеку планировать в воздухе. В первую очередь применяться будет наверняка в армии и только потом пойдет на гражданские нужды. Может, фермеры с его помощью будут поля химией опрыскивать.

ПАРАШЮТНАЯ СИСТЕМА GRYPHON

Немецкое совместное предприятие из трех компаний - ESG, Dragee Aerospace и SPELC0. а также германской фирмы FreeSky - тоже работало над созданием человека-самолета. На этот раз аппарат Gryphon должен быть без реактивной тяги. Дело в том, что эти компании разрабатывали бесшумную систему - в принципе, это парашют, только не совсем обычный. Изготовлен он из углеродного волокна и имеет форму крыльев. Одевается десантнику на спину и предназначен для прыжков с самолета. По идее, он должен позволять десантникам при прыжке с высоты 9 тысяч метров плакировать на расстояние 200 километров. Это было бы очень удобно - современные парашюты и парапланы не имеют такого запаса и при десантировании самолет обязательно будет замечен, а следовательно, и любая десантная операция провальна изначально. С Gryphon все должно быть проще - самолет не долетая до вражеской территории, сбрасывает десант, который бесшумно и незаметно пересекает границу.

Подобные системы уже используются немецкой армией с 2003 годэ, но расстояние, которое способны покрыть эти крыланы - не больше 60 километров. Уже вроде бы стали устанавливать реактивные двигатели на крылья, что наверняка поможет преодолевать более длинные расстояния. Пока для посадки Gryphon используются обычные парашюты, но разрабатывается беспарашюткая посадка. Может быть, все у них получится.

РОССИЙСКИЙ ЭКЗОСКЕЛЕТ БОЕЦ-21

Почему бы не сказать пару спов о российских военных? Ведь раньше это была одна из самых сильных армий одного из самых могущественных государств К сожалению, сейчас расстановка сип несколько изменилась. Российская армия нынче почти и не котируется. Да и как ей котироваться, когда она вот уже почти двадцать лет никак не может успеть в гонках вооружений. То есть, она и гнаться-то уже почти перестала. Плетется пятью годами позже. Отстает. Да, российская армия в плане введения новых технологий отстает от западных минимум на пять лет, а то и побольше.

Нет, у нас есть преотличные вертолеты - «акулы», «аллигаторы» и прочие, и даже кое-какие наработки на будущее имеются, но вот уже двадцать лет все это практически остается всего лишь наработками. Планов, как говорится, громадье, а толку чуть. Я не знаю, отчего это происходит, и не собираюсь разбираться в этом Я говорю о другом.

Нет, наши разработчики щи тоже не лаптем хлебают. Все они умеют делать. Только очень медленно. Не так давно Министерство обороны РФ начало разрабатывать боевую экипировку под названием «Боец-21 н. Это не совсем экзоскелет. Это боевой костюм с элементами экзоскелета, так сказать будет правильней. Работу над созданием этого танка вроде бы хотят завершить в 2015 году, но неизвестно, как оно выйдет на самом деле.
Радует одно - на международной выставке систем безопасности «Интерполитех-2009» в Москве было сказано, что комплект боевой экипировки второго поколения не будет иметь аналогов по эффективности во всем мире. Обещание радует, но неизвестно - порадуют ли в будущем эти самые костюмы.

К слову, на той же выставке было сказано, что комплект боевой экипировки первого поколения (без элементов экзоскелета) уже превосходит западные аналоги. Жаль только, что все это запросто может так и остаться лишь опытными моделями или выпускаться мизерными партиями, В таких спучаях всем этим разработкам грош цена.
Примерная сумма вложений в проект будет порядка 35 миллионов долларов. Это намного меньше, чем стоили разработки американцев - они вкладывают в подобные проекты не менее полутора миллиардов долларов.
На данном этапе о проекте аБоец-2Ь известно очень мало и это не удивительно - военные не станут рассказывать заранее о засекреченных проектах.

Однако мало кто вериг в то. что наши инженеры смогут сделать нормально работающий экзоскелет. Да нет, создать-то они его создадут, но в серию пустить навряд ли получится. В итоге опять будет та же самая ситуация, как и с «акулой» - этими костюмами смогут пользоваться только элитные части, да и то на всех не хватит. Так и живем.

"Наука и Техника" 2012