Была просьба (или вопрос) написать про используемые экзоскелеты.

Что такое экзоскелет? Это “внешний скелет”, который за счет каркаса увеличивает силу человека. Он должен повторять биомеханику, что позволит ему пропорционально увеличивать силу при движениях. Среди сфер применения экзоскелетов - военное дело, сельское хозяйство и медицина.

О таких разработках в медицинской сфере - прошу под хабракат.

Первый экзоскелет

Сначала - немного истории. Как и многие изобретения, экзоскелет пришел к нам из военной сферы. Первый образец был разработан General Electric и армией США в 1960-е годы. Внушительно выглядит, не правда ли? Усилия, которые вы применяете при подъеме четырех с половиной килограммов, он трансформировал в 110 кг.

Но у него было два минуса: это вес в 680 кг и невозможность сверить движение с движением человека. То есть он обратную связь после начала движения от человека не получал.

Затем неоднократно разрабатывались экзоскелеты для армии. Ведь они могут сильно увеличить грузоподъемность одного солдата, чтобы тот мог взять с собой пулемет побольше и снаряжения на полк.

А кому еще нужно увеличивать силу? Тем, у кого ее слишком мало. Тем, кто парализован и не может ходить самостоятельно. Именно им могут помочь подобные проекты.

Экзоскелет для медсестры

Кому, как не японцам, придумывать экзоскелеты для заботы о пожилых? Только в этом случае это забота и о молодых – о медсестрах, которым приходится поднимать и перекладывать пациентов. Предназначение такого экзоскелета, как и робота Ribo, в перекладывании.

Power Assist Suit в Японии представили в 1990-х годах.

Позже в Японии представили HAL – киберкостюм-экзосклеет. Изначально он предназначен именно для поднятия и перемещения пациенов. Кроме того, он мог помогать пожилым людям и инвалидам самостоятельно передвигаться.

ReWalk

Администрация по контролю за продуктами и лекарствами США только летом этого года зарегистрировала первый экзоскелет для реабилитации пациентов с травмами позвоночника.

ReWalk от израильских разработчиков имеет пульт дистанционного управления в форме наручных часов. Вот только костыли лучше использовать - для дополнительной устойчивости. Все лучше, чем сидеть в кресле, как мне кажется.

Пару лет назад этот костюм помог парализованной женщине преодолеть марафон.

ЭкзоАтлет

ЭкзоАтлет - это разработка российская. Она предназначена “для вертикализации и ходьбы пациента с нарушениями локомоторных функций нижних конечностей”.

До промышленных масштабов производства еще далеко, но прототип, судя по информации в сети, уже действует. Если есть что добавить на эту тему - пожалуйста, пишите в комментарии или в личные сообщения.

Мягкие экзоскелеты

Гибкий экзоскелет, повторяющий биомеханику ноги человека, может быть перспективным направлением в этой области. Ведь железки вокруг ноги явно уступают здоровым частям тела по маневренности.

Сразу несколько университетов и разработчик носимых датчиков BioScience разрабатывают вот эту “накладку” с искусственными мышцами, датчиками и прогаммным обеспечением. Здесь видны и искусственные сухожилья, и искусственные мышцы, протянутые с внешней части ноги.

Большая сложность состоит именно в гибкости: ведь поэтому способы контроля, то есть датчики, должны отличаться особой точностью.

Такое оборудование поможет не только людям с нарушениями подвижности стопы и голеностопа (пока только там работает устройство), но в дальнейшем может быть использовано в других областях - на руках, например.

На этом видео хорошо видны искусственные мышцы, а также показаны сенсоры, используемые в этом мягком экзоскелете.

3D-печать

3D принтеры в медицине могут быть очень полезными. Как они помогли Аманде Бокстел, парализованной от пояса и ниже. Специалисты компании 3D Systems отсканировали ее тело, и вместе с EksoBionics распечатали этот экзоскелет.

Думаю, это потрясающе круто - после долгих лет невозможности ходить снова встать на свои ноги.

Робокостюм и футбол

Джулиано Пинто на открытии Чемпионата мира 2014 году по футболу пнул мяч. Вроде бы ничего интересного - пнул и пнул. Но он полностью парализован, этот 29-летний парнеь. Контролировал экзоскелет он с помощью собственного мозга, а не с помощью удаленного управления или собственных ног, в которых оставалась хоть какая-то возможность движения.

Создатель этого экзоскелета Мигель Николесис из Бразилии. Правительство страны выделило ему на эти разработки 14 миллионов долларов, что не такая уж и высокая сумма, если сравнивать с тем, сколько тратят на подобные проекты в США.

Станет ли нейроуправление будущим в протезировании и экзоскелетах? Мне кажется очевидным, что работа в этом направлении должна вестись со страшной силой. Но для этого необходимо привлекать инвестиции.

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.

Крупнейшие научно-исследовательские институты Америки задались целью создать персональную броню для каждого солдата, которая увеличит физические возможности и шанс выжить во время боевых действий. И у них это таки получилось.

Данный экзоскелет защищает от пуль и осколков, позволяет передвигаться по полю боя со снаряжением массой до 45 кг. Также TALOS имеет встроенную систему заботы о здоровье бойца: оснащен множеством датчиков, отслеживающих физическое состояние солдата. Присутствует система надувных манжетов, позволяющая в автоматическом режиме останавливать кровотечение при ранении. Больше информации о костюме пока нет. Единственное, чем поделились ученые: экзоскелет примут на вооружение не раньше 2018.

Источник: practicalmama.com

XOS 2

А это разработка ученых компании Raytheon из Университета Солт-Лейк-Сити . Первым делом XOS 2 увеличивает силу человека. То есть в таком легко сможешь крушить стены, или быстро успокаивать мужа своей любовницы. Единственный нюанс — экзоскелет не имеет бронирования. Поэтому если у мужа есть пистолет, то скорее не ты — а он тебя “угомонит “.

Еще один “косяк “ — проблемы XOS 2 с автономностью. То есть костюм работает только будучи подключенным в источнику электроэнергии. Ученые обещают это исправить. Точно так же — и решить проблему с бронированием.

Hybrid Assistive Limb

Hybrid Assistive Limb создан не для войны, а наоборот — самых мирных целей. То есть для людей, у которых есть проблемы с опорно-двигательной системой. С данным аппаратом они могут подниматься из кресла, ходить по лестницам, бегать со скоростью олимпийского чемпиона — в общем, полноценно жить. В основе — датчики, способные воспринимать био-электрические сигналы, исходящие из мозга человека.

Источник: japantimes.co.jp

Mobile Suit

Япония, наверное, устала ежегодно тратить невероятные финансы на ликвидацию последствий “Фукусимы “. Поэтому она (точнее инженеры из Университета Цукуба ) модернизировала Hybrid Assistive Limb . И получился полноценный костюм, способный увеличивать силы, защищать от радиоактивной пыли, и спасающий от перегрева.

В последние годы появилось множество гаджетов и устройств, используемых для реабилитации людей с инвалидностью и облегчения их жизни, повышения мобильности, улучшения физических параметров, сниженных или утерянных вследствие различных заболеваний и травм. Но, пожалуй, наиболее заметным событием стало появление экзоскелетов, которые используются не только в качестве реабилитационного оборудования, но и в быту. Экзоскелеты совершили настоящую революцию в реабилитологии, позволив сделать то, что еще несколько десятков лет назад казалось фантастикой - встать парализованному человеку из инвалидной коляски и вернуть ему способность ходить.

Когда и как впервые появились экзоскелеты? Что они собой представляют? Какие модели экзоскелетов предназначены для людей с инвалидностью? Сколько они стоят? Есть ли такие устройства в России? Давайте попробуем найти ответы на эти вопросы и разберемся с тем, что же это все-таки такое - дорогая игрушка или реально действующие устройства, которые смогут придти на смену инвалидным коляскам.

От боевых роботов до медицинского оборудования

Идея создания экзоскелета принадлежит русскому инженеру-механику Николаю Янгу, который жил и работал в США. В конце 80-х годов XIX века он зарегистрировал несколько патентов по этой теме. Ягн считал, что такое устройство облегчит для человека ходьбу и бег, но в первую очередь экзоскелет, по расчетам изобретателя, предназначался для солдат.

Огромный вклад в развитие экзоскелетов, как это часто случалось со многими изобретениями, внесли писатели-фантасты. Наглядный пример - вышедший в конце 50-х годов прошлого века роман Роберта Ханлайна «Звездный десант», в котором бойцы космического десанта воевали с инопланетными чудовищами в специальных каркасных костюмах, облегчающих их передвижение и переноску оружия и амуниции.

Не удивительно, что первые экзоскелеты разрабатывались для нужд армии. Пионером в этой области стала американская компания General Electric, специалисты которой по заказу министерства обороны США создали в 60-х годах прошлого века экзоскелет Hardiman. Его оператор мог, приложив усилия для подъема 4,5 кг веса, поднять груз весом 110 кг. Однако Hardiman был слишком непрактичным из-за своей огромной массы в 680 кг, что значительно затрудняло его использование. Еще одним недостатком первых экзоскелетов, делающим невозможным их практическое применение, были неконтролируемые интенсивные движения.

Первые разработки экзоскелетов, предназначенных для использования в медицинских целях, начались в конце 70-х годов XX века. Пионером в этой области стал югославский ученый Миомир Вукобратович, разработавший экзоскелет с пневмоприводом, который был предназначен для того, чтобы помочь встать на ноги парализованным людям. Проект Вукобратовича лег в основу экзоскелета для людей с инвалидностью, созданного в начале 80-х годов в Центральном институте травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова.

Несмотря на то, что идея использования внешнего каркаса для усиления мышечной силы человека и использования такого устройства для реабилитации людей с поражением опорно-двигательного аппарата, лежала на поверхности, воплотить эту идею на практике очень долго не удавалось. Несовершенство технологий, недостаток необходимых материалов, отсутствие мобильных источников питания - все это не позволяло создать экзоскелет, который мог использоваться в практической медицине и повседневной жизни людей с инвалидностью. Реализовать эти наработки ученых и инженеров удалось лишь с наступлением XXI века.

В 2008 году японская компания Cyberdyne представила роботизированный костюм HAL, который был предназначен для помощи людям с инвалидностью и парализованным людям. Одними из первых также были созданы экзоскелет ReWalk израильской компании ReWalk Robotics, новозеландский экзоскелет REX компании REX P, американская разработка Ekso Bionics компании Ekso Bionics GT.

Робот с анатомической параметризацией

Что же представляют собой современные экзоскелеты? Термин «экзоскелет» происходит от греч. exo - внешний и skeletos - скелет, т.е. этот термин можно перевести как «внешний скелет». Из-за того, что эта конструкция оснащена множеством электронных устройств, экзоскелеты иногда называют носимыми роботами.

Если не вдаваться в технические нюансы, то экзоскелет можно описать как внешний каркас, который фиксируется на теле человека и позволяет ему передвигаться за счет увеличения силы мышц и расширения амплитуды движений. В некоторых случаях экзоскелет может полностью взять на себя двигательные функции человека, имитируя естественные движения при ходьбе, вставании из положения сидя и обратно и т.п.

Экзоскелет повторяет биомеханику человеческого тела, пропорционально увеличивая усилия при движениях различных его частей. Оптимальная работа биомеханической системы человек/экзоскелет основана на определении соответствий между различными анатомо-физиологическими особенностями человеческого тела и параметрами механического устройства - внешнего каркаса экзоскелета. Эти соответствия между человеческим телом и экзоскелетом называют анатомической параметризацией. Чем точнее и тоньше может быть проведена анатомическая параметризация, проще говоря - подгонка элементов конструкции экзоскелета к телу человека, тем функциональнее и удобнее в использовании он будет.

Управление экзоскелетом осуществляется с помощью джойстика, установленных на корпусе или костылях кнопок, посредством беспроводной связи через смартфон, планшет или компьютер. В зависимости от технических возможностей и программного обеспечения экзоскелет может выполнять команды «встать», «сесть», «идти», «стоять», «повернуться» и т.п. Т.е. нынешние модели экзоскелетов чаще всего управляются заранее заложенными в программу алгоритмами движений, а пользователь лишь следит за поданными командами и при необходимости корректирует движения при помощи контроллеров.

Конструкторы и разработчики экзоскелетов уже сегодня работают над тем, чтобы принципиально изменить управление экзоскелетом и перейти от заранее заложенных в программу алгоритмов движений к выполнению команд пользователя, подаваемых им силой мысли. Т.е. движения экзоскелета будут выполняться так, как это происходит у обычного человека: подается команда от головного мозга к мышцам и происходят различные движения в человеческом теле, в т.ч. перемещение в пространстве. Вот только движения будут выполняться не мышцами, а экзоскелетом. Такая возможность появилась с возникновением интерфейсов мозг-компьютер. Разработкой нейроинтерфейсов и их внедрением в конструкцию экзоскелетов сейчас занимаются многие исследовательские центры, в т.ч. и в России.

В настоящее время медицинские экзоскелеты изготавливаются во многих странах мира, но чаще всего это любительские разработки или прототипы, не попадающие в серийное производство. Полномасштабное производство экзоскелетов, использующихся в реабилитации людей с инвалидностью или в быту, есть в таких странах, как Япония, США, Израиль, Новая Зеландия, Южная Корея, Россия, Китай.

В настоящее время выпускается достаточно большое количество медицинских экзоскелетов, однако далеко не все из них нашли широкое применение в реабилитационной практике и лишь единицы предназначены для использования в бытовых условиях. Давайте рассмотрим наиболее популярные модели современных экзоскелетов.

Компания REX Bionics одна из первых в мире начала выпуск экзоскелетов для людей с инвалидностью. Экзоскелет REX - одна из немногих моделей, которая может использоваться в бытовых условиях.

Модель REX P предназначена для реабилитации и использования в домашних условиях. Можно ее использовать и для передвижения вне дома, но это довольно проблематично из-за значительных габаритов устройства. Рассчитана на пользователей с нарушениями работы опорно-двигательного аппарата, в т.ч. и с высокими поражениями спинного мозга в шейном отделе.

Позволяет идти вперед и назад, повернуться, сесть и встать, стоять на одной ноге, идти по лестнице и по наклонным плоскостям. Высокоемкостной съемный аккумулятор позволяет использовать экзоскелет весь день. Когда пользователь не двигается, заряд батарей не тратится. Управляется с помощью джойстика и кнопок управления. Довольно прост и удобен в управлении. Надевается 5-10 минут.

Вес - 38 кг. Рассчитан пользователей с ростом от 1 м 42 см до 1 м 93 см и массой тела до 100 кг.

Цена - от 8 млн. руб.

Производится американской компанией Ekso Bionics, которая разрабатывает и производит интеллектуальные экзоскелеты различного назначения, в т.ч. и медицинского. Новейшая модель экзоскелета от Ekso Bionics была представлена выставке CeBIT-2017 в Ганновере.

Ekso Bionics применяется для реабилитации пациентов с заболеваниями и травмами спинного мозга, поражениями опорно-двигательной системы, нейромышечными заболеваниями. Конструкция позволяет удерживать тело пациента в вертикальном положении, таким образом, он работает только со своим весом. Оснащен системой стабилизации и поддержки голеностопного сустава. Регулирует угол сгибания тазобедренного и коленного суставов, выбирая наиболее оптимальный.

Отличается довольно компактными размерами: 1,6 м × 0,5 м × 0,4 м. Вес - 21,4 кг. Рассчитан на пациентов с массой тела до 100 кг, ростом о 1 м 60 см до 1 м 90 см и шириной бедер до 42 см.

Цена - от 7,5 млн. руб.

Один самых совершенных и продвинутых экзоскелетов. Производится израильской компанией ReWalk Robitics. В настоящее время выпускается уже шестая модель экзоскелета этой компании - ReWalk Personal 6.0, которая гораздо менее громоздка и более компактна, чем предыдущие модели. Экзоскелеты ReWalk предназначены для реабилитации и использования в повседневной жизни.

Оборудован рамой поддержки таза и голеностопными каркасами, имеет сенсоры наклона, оснащен интеллектуальной системой управления и наручным коммуникатором, с помощью которого и осуществляется управление экзоскелетом.

Вес экзоскелета ReWalk - 25 кг. Рассчитан на пациентов с массой тела до 80 кг. Батарея может работать без подзарядки 3 часа, время ее зарядки - 5-8 часов.

Цена - от 3,5 млн. руб.

Экзоскелет HAL выпускается японской компанией Cyberdyne. Имеет две модификации: HAL 3 и HAL 5. Обе модификации применяются для реабилитации и восстановления пациентов с поражениями спинного мозга, опорно-двигательной системы, нейромышечными заболеваниями. HAL 3 предназначен для восстановления двигательной функции нижних конечностей, HAL 5 - верхних и нижних конечностей и торса.

Отличительной особенностью экзоскелетов HAL является наличие обратной связи между устройством и телом человека. Сервоприводы экзоскелета HAL приводятся в движение импульсами, получаемыми с мышц человека. Эти импульсы улавливаются специальными датчиками, закрепленными на коже пациента. Импульсы с мышц считываются датчиками и направляются в процессор, который оценивает уровень нагрузок и приводит в движение необходимые сервоприводы экзоскелета. Таким образом, головной мозг заново обучается управлению мышцами торса, рук и ног.

Конструкция обеих модификаций экзоскелата HAL разборная и позволяет использовать их как для одной, так и для обеих конечностей. HAL 3 может пользоваться для одной или двух ног, HAL 5 - для одной или двух рук и ног.

Вес модели HAL 3 - 10 кг. HAL 5 весит 12 кг. Обе они рассчитаны на пациентов с массой тела до 80 кг. Система питания обеспечивает непрерывную работу устройства на срок от 1 до 1,5 часов.

Цена экзоскелетов HAL производителем не указывается, т.к. они не поступают в продажу, а сдаются в аренду лечебным учреждениям сроком на 5 лет.

Это достаточно новая разработка американской компании Parker Hannifin Corporation, которая появилась на рынке в прошлом году. Indego предназначен для использования при реабилитации и в бытовых условиях.

Характерная особенность Indego - модульная конструкция, позволяющая собрать и подогнать все части экзоскелета под конкретного пользователя непосредственно при надевании. Аккумулятор обеспечивает 4 часа непрервыной работы.

Экзоскелет Indego позволяет вставать и садиться, идти вперед, стоять на месте и наклоняться вперед. А вот подниматься и опускаться по лестнице с его помощью не получится. Элементы управления Indego и информация о состоянии системы может выводиться на смартфон.

Вес Indego - 12 кг. Конструкция рассчитана на пользователей с ростом от 1 м 55 см до 1 м 91 см и массой тела до 113 кг.

Цена - от 4,5 млн. руб.

ЭкзоАтлет

Это единственная на сегодняшний день отечественная модель экзоскелета, которая производится серийно и уже поступает в лечебные учреждения и реабилитационные центры России. ЭкзоАтлет разработан в инновационном центре «Сколково».

ЭкзоАтлет может использоваться как для реабилитации, так и в быту, а также для восстановления пациентов, перенесших инсульт. Его особенностью является возможность вносить изменения в алгоритм по мере использования и приобретения пользователем определенных навыков. Т.е. ЭкзоАтлет можно подогнать под каждого конкретного пользователя и его индивидуальные предпочтения в эксплуатации экзоскелета. Дополнительная опция - электростимуляция мышц с помощью импульсов, синхронизированных с движениями экзоскелета.

Вес конструкции - 20 кг.

Цена - от 1,5 млн. руб.

Если вы один из тех, кто с превеликим удовольствием посмотрел все части «Железного человека», вы наверняка были в восторге от железного костюма, который надевал Тони Старк перед боем со злодеями. Согласитесь, было бы неплохо обладать таким костюмом. Помимо возможности доставить вас в мгновение ока куда угодно, хоть , хоть за хлебом, он защищал бы ваше тело от всевозможных повреждений и давал сверхчеловеческую силу.

Вас наверняка не удивит тот факт, что очень скоро облегченная версия костюма «Железного человека» позволит солдатам бегать быстрее, переносить тяжелое оружие и передвигаться по пересеченной местности. При этом костюм будет защищать их от пуль и бомб. Военные инженеры и частные компании работают над экзоскелетами с 60-х годов прошлого века, но только послдние достижения в области электроники и материаловедения приблизили нас к воплощению этой идеи так близко, как никогда до этого.

В 2010 году американский оборонный подрядчик Raytheon продемонстрировал экспериментальный экзоскелет XOS 2 — по сути, роботизированный костюм, управляемый человеческим мозгом — который может поднять в два-три раза больше веса, нежели человек, безо всяких усилий и посторонней помощи. Другая компания, Trek Aerospace, разрабатывает экзоскелет со встроенным джетпаком (реактивным ранцем), который сможет летать на скорости 112 км/ч и неподвижно зависать над землей. Эти и ряд других перспективных компаний, включая таких монстров, как и Lockheed Martin, с каждым годом приближают костюм «Железного человека» к реальности.

Интервью с создателем российского экзоскелета Stakhanov читайте .

Экзоскелет XOS 2 от Raytheon

Отметим, что не только военные получат выгоду от разработки хорошего экзоскелета. Однажды, люди с поврежденным спинным мозгом или дегенеративными заболеваниями, ограничивающими способности передвижения, смогут с легкостью перемещаться благодаря внешним каркасным костюмам. Первые версии экзоскелетов, например, ReWalk от Argo Medical Technologies, уже поступили на рынок и получили всеобщее одобрение. Тем не менее, на данный момент область экзоскелетов все еще находится в зачаточном состоянии.

Какую революцию обещают провести экзоскелеты будущего на поле боя и ? Какие технические препятствия должны преодолеть инженеры и конструкторы, чтобы сделать экзоскелеты действительно практичными для повседневного использования? Давайте разберемся.

История разработки экзоскелетов

Воины надевали доспехи на свои тела с незапамятных времен, но первая идея тела с механическими мышцами появилась в научной фантастике в 1868 году, в одном из копеечных романов Эдварда Сильвестра Эллиса. В книге «Паровой человек прерий» описывался гигантский паровой двигатель человеческой формы, который передвигал его изобретателя, гениального Джонни Брейнерда, со скоростью 96,5 км/ч, когда тот охотился на быков и индейцев.

Но это фантастика. Первый же реальный патент на экзоскелет получил русский инженер-механик Николай Ягн в 1890-х годах в Америке. Известный своими разработками конструктор более 20 лет прожил за океаном, запатентовал с десяток идей, описывающих экзоскелет, позволяющий солдатам бегать, ходить и прыгать с легкостью. Однако на деле Ягн известен только по созданию «Друга кочегара» — автоматического приспособления, подающего воду в паровые котлы.

Экзоскелет, запатентованный Н. Ягном

К 1961 году, спустя два года после того, как Marvel Comics придумала своего «Железного человека», а Роберт Хайнлайн написал «Звездный десант», Пентагон решил сделать свои экзокостюмы. Он поставил задачу создать «сервосолдата», который описывался как «человеческая капсула, оснащенная рулевым управлением и усилителями», позволявшими быстро и легко передвигать тяжелые объекты, а также защищающая носителя от пуль, ядовитого газа, тепла и радиации. К середине 60-х годов инженер Корнельского университета Нил Майзен разработал 15,8-килограммовый носимый каркасный экзоскелет, получивший название «костюм сверхчеловека» или «человеческий усилитель». Он позволял пользователю поднимать 453 килограмма каждой рукой. К тому же времени General Electric разработала похожее 5,5-метровое устройство, так называемый «педипулятор», который управлялся оператором изнутри.

Несмотря на эти весьма интересные шаги, успехом они не увенчались. Костюмы оказались непрактичными, однако исследования продолжались. В 80-х годах ученые из Лос-Аламосской лаборатории создали дизайн для так называемого костюма «Питмана», экзоскелета для пользования американским десантом. Однако концепт остался только на чертежной доске. С тех пор мир увидел еще несколько разработок, но недостаток материалов и ограничения энергоносителей так и не позволили нам увидеть настоящий костюм «Железного человека».

На протяжении многих лет производители экзоскелетов были загнаны в угол пределами технологий. Компьютеры были слишком медленными и не могли обрабатывать команды, приводящие костюмы в движение. Энергоснабжения не хватало, чтобы сделать экзоскелет достаточно портативным, а электромеханические мышцы-приводы, которые двигали конечностями, были просто слишком слабыми и громоздкими, чтобы работать «по-человечески». Тем не менее, начало было положено. Идея экзоскелета оказалась слишком многообещающей для военной и медицинской сфер, чтобы просто так расстаться с ней.

Человек-машина

В начале 2000-х годов стремление создать настоящий костюм «Железного человека» начало хоть куда-то приводить.

Оборонное агентство перспективных разработок DARPA, инкубатор экзотических и передовых технологий Пентагона, развернуло программу на 75 миллионов долларов, в рамках которой предполагалось создание экзоскелета для дополнения человеческого тела и его производительности. Список требований DARPA был достаточно амбициозным: агентство хотело получить машину, которая позволит солдату неустанно переносить сотни килограммов груза целыми днями, поддерживать крупные орудия, которые обыкновенно требуют наличия двух операторов, а также сможет вынести раненого солдата, если понадобится, с поля боя. При этом машина должна быть неуязвима к огню, а также высоко прыгать. План DARPA многие сразу сочли невыполнимым.

Но не все.

Компания Sarcos — во главе с создателем роботов Стивом Якобсеном, который до этого создал 80-тонного механического динозавра — придумала инновационную систему, в которой датчики и использовали эти сигналы для управления набором клапанов, которые, в свою очередь, регулировали гидравлику под высоким давленим в суставах. Механические суставы двигали цилиндры, связанные кабелями, имитирующими сухожилия, соединяющие человеческие мышцы. В результате родился экспериментальный экзоскелет XOS, который делал человека похожим на гигантское насекомое. В конечном итоге Sarcos была приобретена компанией Raytheon, которая продолжила разработку, чтобы через пять лет представить второе поколение костюма.

Экзоскелет XOS 2 настолько взбудоражил общественность, что журнал Time включил его в список пяти лучших в 2010 году.

Между тем, другие компании, вроде Berkeley Bionics, работали над уменьшением количества энергии, которого требовали искусственные протезы, чтобы экзоскелет мог функционировать достаточно долго и быть практичным. Один из проектов 2000-х, Human Load Carrier (HULC), мог работать до 20 часов без подзарядки. Прогресс понемногу продвигался вперед.

Экзоскелет HAL

К концу десятилетия японская компания Cyberdyne разработала роботизированный костюм HAL, еще более невероятный по своему устройству. Вместо того, чтобы полагаться на сокращения мышц человека-оператора, HAL работал на датчиках, которые считывали электрические сигналы мозга оператора. Теоретически, экзоскелет на базе HAL-5 может позволить пользователю делать все, что он захочет, просто подумав об этом, не двигая ни единым мускулом. Но пока эти экзоскелеты — проект будущего. И у них есть свои проблемы. Например, только несколько экзоскелетов на сегодняшний день получили одобрение на использование на публике. Остальные еще проходят испытания.

Проблемы развития

К 2010 году проект DARPA по созданию экзоскелетов привел к определенным результатам. В настоящее время передовые системы экзоскелетов весом до 20 килограммов могут поднимать под 100 килограммов полезной нагрузки практически без усилий оператора. При этом, новейшие экзоскелеты работают тише офисного принтера, могут двигаться со скоростью 16 км/ч, выполнять приседания и прыгать.

Не так давно один из подрядчиков оборонного агентства, Lockheed Martin, представил свой экзоскелет, разработанный для поднятия тяжестей. Так называемый «пассивный экзоскелет», созданный для работников судостроительной верфи, просто переводит нагрузку на ноги экзоскелета, стоящие на земле.

Отличие современных экзоскелетов от тех, что разрабатывались в 60-х годах, в том, что они оснащаются датчиками и приемниками GPS. Тем самым еще более поднимая ставки на использование в военной сфере. Солдаты могли бы получить массу преимуществ, используя такие экзоскелеты, от точного геопозиционирования до дополнительных сверхспособностей. DARPA также разрабатывает автоматизированные ткани, которые могли бы использоваться в экзоскелетах с целью мониторинга состояния сердца и дыхания.

Если американская промышленность продолжит двигаться этим путем, у нее очень скоро появятся , которые смогут не только перемещаться «быстрее, выше, сильнее», но и переносить при этом дополнительно несколько сотен полезного груза. Тем не менее, пройдет еще по меньшей мере несколько лет, прежде чем настоящие «железные человеки» выйдут на поле боя.

Как это часто бывает, разработки военных агентств (вспомним, например, интернет) могут принести огромную пользу в мирное время, так как технологии в конечном итоге выйдут наружу и будут помогать людям. Страдающие от полного или частичного паралича, люди с повреждениями спинного мозга и атрофией мышц смогут вести более полнокровную жизнь. Berkeley Bionics, например, испытывает eLegs, экзоскелет, работающий на аккумуляторе, который позволит человеку ходить, сидеть или просто стоять в течение длительных периодов времени.

Одно можно сказать наверняка: начало процессу бурной разработки экзоскелетов было положено в начале этого века (назовем это второй волной), а чем все закончится — станет известно очень и очень скоро. Технологии никогда не стоят на месте, и если уж инженеры за что-то берутся, то доводят это дело до логического конца.