Экзоскелет саласындағы жұмыс басталғаннан жарты ғасыр өткен соң, бұл жабдықтың алғашқы үлгілері толыққанды жұмысқа баруға дайын. Жақында Lockheed Martin өзінің HULC (Human Universal Load Carrier) жобасы Пентагонмен далалық сынақтан өтіп қана қоймай, сериялық өндіріске дайын екенін мақтан тұтты. HULC экзоскелеті қазір басқа компаниялардың бірнеше ұқсас жобаларымен «дем алады». Бірақ дизайнның мұндай көптігі әрқашан бола бермеді.
Шын мәнінде, адам киетін және оның физикалық қасиеттерін айтарлықтай жақсартатын кез келген құрылғыны жасау идеясы өткен ғасырдың бірінші жартысында пайда болды. Алайда, белгілі бір уақытқа дейін бұл фантаст -жазушылардың тағы бір түсінігі болды. Іс жүзінде қолданылатын жүйенің дамуы елуінші жылдардың соңында ғана басталды. General Electric АҚШ әскерилерінің демеушілігімен Hardiman атты жобаны іске қосты. Техникалық тапсырма батыл болды: GE экзоскелеті адамға салмағы бір жарым мың фунтқа (шамамен 680 килограмм) дейінгі жүктемені басқаруға мүмкіндік беруі керек еді. Егер жоба сәтті аяқталса, Hardiman экзоскелетінің болашағы зор болар еді. Сонымен, әскерилер әуе күштерінде қару -жарақтың жұмысын жеңілдету үшін жаңа технологияны қолдануға ниетті. Сонымен қатар, ядролық ғалымдар, құрылысшылар мен басқа да көптеген өндірістің өкілдері «сапқа тұрды». Бірақ бағдарлама басталғаннан он жыл өтсе де, General Electric инженерлері ойластырылғанның бәрін металға аудара алмады. Бірнеше прототиптер құрылды, оның ішінде жұмыс істейтін механикалық қол. Хардименнің үлкен тырнағы гидравликалық қозғалтқышпен қамтамасыз етілді және 750 фунт жүктемені (шамамен 340 кг) көтере алды. Бір жұмыс істейтін «қолғаптың» негізінде екіншісін жасауға болады. Бірақ дизайнерлер басқа проблемаға тап болды. Экзоскелеттің механикалық «аяқтары» дұрыс жұмыс істегісі келмеді. Бір қолы мен екі тірек аяғы бар Hardiman прототипінің салмағы 750 келіден аспады, ал максималды жобалық сыйымдылық өз салмағынан аз болды. Бұл салмаққа және экзоскелеттің орталықтандырылу ерекшеліктеріне байланысты жүкті көтеру кезінде бүкіл құрылым жиі дірілдей бастады, бұл бірнеше рет төңкерілуге әкелді. Ащы ирониямен жоба авторлары бұл құбылысты «Әулие Витустың механикалық биі» деп атады. General Electric дизайнерлері қанша күрессе де, олар туралау мен дірілді жеңе алмады. 70 -жылдардың басында Hardiman жобасы жабылды.
Кейінгі жылдары экзоскелет бағытында жұмыс белсенді болмай қалды. Уақыт өте келе олармен әр түрлі ұйымдар айналыса бастады, бірақ әрқашан қалаған нәтиже орындалмады. Сонымен қатар, экзоскелет құру мақсаты әрқашан оны әскери мақсатта қолдану болған жоқ. 70 -ші жылдары Массачусетс технологиялық институтының қызметкерлері айтарлықтай табысқа жете алмай, тірек -қимыл аппаратының зақымдануынан мүгедектерді оңалтуға арналған осы класты жабдықты әзірледі. Өкінішке орай, сол кезде инженерлер костюмнің әр түрлі бөліктерін синхрондау жолына түсті. Айта кету керек, экзоскелеттерде олардың құрылуын біршама жеңілдетпейтін бірқатар тән белгілер бар. Осылайша, адам операторының физикалық мүмкіндіктерінің айтарлықтай жақсаруы тиісті энергия көзін қажет етеді. Соңғысы, өз кезегінде, бүкіл аппараттың өлшемдері мен өлі салмағын арттырады. Екіншісі - адам мен экзоскелеттің өзара әрекеттесуінде. Мұндай жабдықтың жұмыс принципі келесідей: адам кез келген қозғалысты қолымен немесе аяғымен жасайды. Оның аяқ -қолдарымен байланысты арнайы датчиктер бұл сигналды қабылдайды және тиісті команданы қозғаушы элементтерге - гидравликалық немесе электрлік механизмдерге береді. Командаларды шығарумен бір мезгілде дәл осы сенсорлар манипуляторлардың қозғалысы оператордың қозғалысына сәйкес келуін қамтамасыз етеді. Қозғалыс амплитудасын синхрондаудан басқа, инженерлер уақыт мәселесімен бетпе -бет келеді. Мәселе мынада, кез келген механиктің белгілі бір реакция уақыты болады. Сондықтан экзоскелетті қолдануға ыңғайлы болу үшін оны барынша азайту керек. Кішкентай, ықшам экзоскелеттер жағдайында, қазіргі кезде екпін түсірілуде, адам мен машина қозғалысын синхрондау ерекше басымдыққа ие. Ықшам экзоскелет тірек бетін ұлғайтуға мүмкіндік бермейтіндіктен және т.б., адаммен бірге қозғалуға уақыты жоқ механика қолдануға теріс әсер етуі мүмкін. Мысалы, механикалық «аяқтың» мезгілсіз қозғалысы адамның тепе -теңдігін жоғалтып, құлап кетуіне әкелуі мүмкін. Және бұл барлық проблемалардан алыс. Әлбетте, адамның аяғы қол мен саусақтарды айтпағанда, қолмен салыстырғанда аз еркіндік дәрежесіне ие.
Әскери экзоскелеттердің жаңа тарихы 2000 жылы басталды. Содан кейін американдық DARPA агенттігі EHPA бағдарламасының басталуына бастамашылық етті (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for human performance). EHPA бағдарламасы болашақ сарбаздың келбетін жасау үшін Land Warrior үлкен жобасының бөлігі болды. Алайда, 2007 жылы Land Warrior жойылды, бірақ оның экзоскелет бөлігі жалғастырылды. EHPA жобасының мақсаты деп аталатынды құру болды. адамның қолдары мен аяқтарына күшейткіштер қосылған толық экзоскелет. Сонымен бірге қару немесе ескертпе қажет емес. DARPA мен Пентагонға жауапты шенеуніктер экзоскелет саласындағы қазіргі жағдай оларды қосымша функциялармен жабдықтауға мүмкіндік бермейтінін жақсы білді. EHPA бағдарламасының техникалық тапсырмасы солдаттың экзоскелетінде салмағы шамамен 100 келі болатын жүкті ұзақ уақыт көтеру мүмкіндігін және оның қозғалыс жылдамдығының жоғарылауын ғана болжайды.
Сакрос пен Беркли университеті (АҚШ), сондай -ақ жапондық Cyberdyne Systems жаңа технологияның дамуына қатысуға ниет білдірді. Бағдарлама басталғаннан бері он екі жыл өтті және осы уақыт ішінде қатысушылардың құрамы кейбір өзгерістерге ұшырады. Сакрос енді Raytheon концернінің бір бөлігіне айналды, ал Беркли Бионикс деп аталатын университеттің бөлімі Lockheed Martin бөлімшесіне айналды. Қалай болғанда да, қазір EHPA бағдарламасы бойынша жасалған үш прототипті экзоскелет бар: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL және Raytheon XOS.
Аталған экзоскелеттердің біріншісі - HULC - DARPA талаптарына толық сәйкес келмейді. 25 килограммдық конструкцияда тек артқы тірек жүйесі мен механикалық «аяқтар» ғана бар екендігі шындық. Қолмен қолдау HULC -те қолданылмайды. Сонымен қатар, HULC операторының физикалық мүмкіндіктері артқы тірек жүйесі арқылы қолдардағы жүктеменің көп бөлігі экзоскелеттің күш элементтеріне ауысатындығына және ақырында жерге «түсетініне» байланысты артады. Қолданылатын жүйенің арқасында сарбаз 90 келіге дейін жүк көтере алады және сонымен бірге барлық армиялық стандарттарға сәйкес келетін жүктемені сезінеді. HULC сегіз сағатқа дейін жететін литий-ионды батареямен жұмыс істейді. Экономикалық режимде экзоскелетпен жүрген адам сағатына 4-5 шақырым жылдамдықпен жүре алады. HULC максималды мүмкін жылдамдығы-17-18 км / сағ, бірақ жүйенің бұл режимі батареяның бір зарядталуынан жұмыс уақытын едәуір қысқартады. Болашақта Lockheed Martin HULC -ті отын элементтерімен жабдықтауға уәде береді, оның қуаты бір күндік жұмыс үшін жеткілікті болады. Сонымен қатар, кейінгі нұсқаларда дизайнерлер экзоскелет қолданушының мүмкіндіктерін едәуір арттыратын «роботты» қолдарға уәде береді.
Raytheon осы уақытқа дейін XOS-1 және XOS-2 индекстері бар екі ұқсас экзоскелет ұсынды. Олар салмақ пен өлшем параметрлері бойынша және нәтижесінде бірқатар практикалық сипаттамалармен ерекшеленеді. HULC -тен айырмашылығы, XOS отбасы қолды босату жүйесімен жабдықталған. Бұл экзоскелеттердің екеуі де өз салмағынан шамамен 80-90 келі көтере алады. Айта кету керек, екі XOS дизайны механикалық біліктерге әр түрлі манипуляторларды орнатуға мүмкіндік береді. Айта кету керек, XOS-1 және XOS-2 осы уақытқа дейін айтарлықтай энергия тұтынуда. Осыған байланысты олар әлі автономды емес және сыртқы электрмен жабдықтауды қажет етеді. Тиісінше, максималды қозғалыс жылдамдығы мен батареяның қызмет ету мерзімі туралы айтуға болмайды. Бірақ, Рейтеонның айтуынша, кабельдік қуатқа деген қажеттілік тиісті электр көзі бар қоймаларда немесе әскери базаларда XOS -ты қолдануға кедергі болмайды.
EHPA бағдарламасының үшінші үлгісі Cyberdyne HAL болып табылады. Бүгінгі таңда HAL-5 нұсқасы өзекті болып табылады. Бұл экзоскелет белгілі бір дәрежеде алғашқы екеуінің қоспасы. HULC сияқты, оны дербес қолдануға болады - батареялар 2,5-3 сағатқа жетеді. XOS жанұясымен Cyberdyne Systems -тің дамуы дизайнның «толықтығымен» біріктіріледі: оған қол мен аяқтың тірек жүйелері кіреді. Алайда, HAL-5 көтергіштігі бірнеше ондаған килограммнан аспайды. Бұл дамудың жылдамдық қасиеттеріне ұқсас жағдай. Жапондық дизайнерлер әскери мақсатта емес, мүгедектерді оңалтуға көп көңіл бөлді. Әлбетте, мұндай пайдаланушыларға жоғары жылдамдық пен жүктеме сыйымдылығы қажет емес. Тиісінше, егер әскерилер HAL-5-ке қазіргі күйінде қызығушылық танытса, оның негізінде әскери мақсатта қайралған жаңа экзоскелет жасауға болады.
EHPA байқауына ұсынылған перспективалы экзоскелеттердің барлық нұсқаларының ішінен тек HULC әзірге әскерилермен бірге тестілеуге жетті. Басқа жобалардың бірқатар ерекшеліктері далалық сынақтарды бастауға әлі де мүмкіндік бермейді. Қыркүйек айында нақты жағдайда экзоскелеттің ерекшеліктерін зерттеу үшін бірнеше HULC жинақтары бөліктерге жіберіледі. Егер бәрі ойдағыдай болса, ірі өндіріс 2014-15 жылдары басталады.
Бұл арада ғалымдар мен дизайнерлер жақсы тұжырымдамалар мен дизайнға ие болады. Экзоскелет саласындағы ең күтілетін жаңалық - робот қолғаптары. Қолданыстағы манипуляторлар қолмен қолдануға арналған құралдар мен соған ұқсас заттарды қолдануға әлі де ыңғайлы емес. Оның үстіне мұндай қолғаптарды жасау бірқатар қиындықтармен байланысты. Жалпы алғанда, олар басқа экзоскелет жинақтарына ұқсас, бірақ бұл жағдайда синхрондау проблемалары көптеген механикалық элементтердің, адам қолының қозғалысының ерекшеліктерінің және т.б. Экзоскелет дамуының келесі қадамы нейроэлектронды интерфейсті құру болады. Енді механиканың қозғалысы сенсорлар мен сервоприводтармен басқарылады. Инженерлер мен ғалымдар үшін ыңғайлы - бұл жүйке импульстарын кетіретін электродтары бар басқару жүйесін қолдану. Басқалармен қатар, мұндай жүйе механизмдердің реакция уақытын қысқартады және нәтижесінде бүкіл экзоскелеттің тиімділігін арттырады.
Практикалық қолдануға келер болсақ, соңғы жарты ғасырда оған көзқарастар өзгерген жоқ. Әскерилер әлі де перспективалы жүйелердің негізгі қолданушылары болып саналады. Олар экзоскелеттерді жүктеу -түсіру операцияларына, оқ -дәрілерді дайындауға, сонымен қатар жауынгерлік жағдайда жауынгерлердің мүмкіндіктерін арттыру үшін қолдана алады. Айта кету керек, экзоскелеттердің көтергіштігі тек әскерилерге ғана пайдалы болмақ. Адамға өзінің физикалық мүмкіндіктерін едәуір арттыруға мүмкіндік беретін технологияны кеңінен қолдану барлық логистика мен жүк тасымалдаудың келбетін өзгерте алады. Мысалы, жүк көтергіштер болмаған кезде жартылай тіркемені тиеу уақыты ондаған пайызға қысқарады, бұл бүкіл тасымалдау жүйесінің тиімділігін арттырады. Ақырында, жүйке басқаратын экзоскелет мүгедектерге адамдарға толыққанды өмір сүруге көмектеседі. Сонымен қатар, нейроэлектронды интерфейске үлкен үміт артады: жұлын жарақаты кезінде және т.б. Жарақат кезінде мидың сигналдары дененің белгілі бір аймағына жетпеуі мүмкін. Егер біз оларды нервтің зақымдалған аймағына «ұстап», экзоскелетті басқару жүйесіне жіберетін болсақ, онда адам енді мүгедектер арбасына немесе төсекке қамалмайды. Осылайша, әскери оқиғалар тек әскерилердің ғана емес, өмірін жақсарта алады. Әзірге үлкен жоспар құра отырып, сіз Lockheed Martin HULC экзоскелетінің күзде ғана басталатын сынақ жұмысы туралы есте сақтауыңыз керек. Оның нәтижелері бойынша бүкіл саланың болашағы мен әлеуетті пайдаланушылардың қызығушылығын бағалауға болады.
