La jumătate de secol după începerea lucrărilor în domeniul exoscheletelor, primele mostre ale acestui echipament sunt gata să meargă la muncă deplină. Lockheed Martin s-a lăudat recent că proiectul său HULC (Human Universal Load Carrier) nu numai că a fost testat pe teren cu Pentagonul, dar este pregătit pentru producția în serie. Exoscheletul HULC este acum „respira în spate” de mai multe proiecte similare de la alte companii. Dar o astfel de abundență de modele nu a fost întotdeauna.
De fapt, ideea de a crea orice dispozitiv care ar putea fi purtat de o persoană și de a-și îmbunătăți semnificativ calitățile fizice a apărut în prima jumătate a secolului trecut. Cu toate acestea, până la un anumit moment a fost doar o altă noțiune de scriitori de science fiction. Dezvoltarea unui sistem practic aplicabil a început doar la sfârșitul anilor cincizeci. General Electric, sub auspiciile armatei SUA, a lansat un proiect numit Hardiman. Sarcina tehnică a fost îndrăzneață: exoscheletul de la GE trebuia să permită unei persoane să funcționeze cu sarcini cu o greutate de până la o mie și jumătate de lire sterline (aproximativ 680 de kilograme). Dacă proiectul ar fi finalizat cu succes, exoscheletul Hardiman ar avea perspective mari. Deci, armata intenționa să folosească o nouă tehnologie pentru a facilita munca armurierilor din forța aeriană. În plus, oamenii de știință din domeniul nuclear, constructorii și reprezentanții multor alte industrii erau „în linie”. Dar chiar și la zece ani de la începerea programului, inginerii General Electric nu au reușit să traducă tot ceea ce a fost conceput în metal. Au fost construite mai multe prototipuri, inclusiv un braț mecanic de lucru. Gheara uriașă a Hardymenului era alimentată hidraulic și putea ridica 750 de kilograme de încărcare (aproximativ 340 kg). Pe baza unei „mănuși” realizabile a fost posibilă crearea unei a doua. Dar designerii s-au confruntat cu o altă problemă. „Picioarele” mecanice ale exoscheletului nu au vrut să funcționeze corect. Prototipul Hardiman cu un braț și două picioare de sprijin cântărea sub 750 de kilograme, în timp ce capacitatea maximă de proiectare era mai mică decât propria greutate. Datorită acestei greutăți și a particularităților centrării exoscheletului, la ridicarea sarcinii, întreaga structură a început să vibreze adesea, ceea ce a dus la răsturnarea de mai multe ori. Cu o ironie amară, autorii proiectului au numit acest fenomen „dansul mecanic al Sfântului Vit”. Indiferent cât de greu s-au luptat proiectanții General Electric, nu au reușit să facă față alinierii și vibrațiilor. La începutul anilor 70, proiectul Hardiman a fost închis.
În anii următori, munca în direcția exoscheletelor a devenit inactivă. Din când în când, diferite organizații au început să se ocupe de ele, dar aproape întotdeauna rezultatul dorit nu a urmat. În același timp, scopul creării unui exoschelet nu a fost întotdeauna utilizarea sa militară. În anii 70, angajații Institutului de Tehnologie din Massachusetts, fără prea mult succes, au dezvoltat echipamente din această clasă, concepute pentru reabilitarea persoanelor cu dizabilități cu leziuni ale sistemului musculo-scheletic. Din păcate, la acea vreme, inginerii s-au împiedicat și în sincronizarea diferitelor părți ale costumului. Trebuie remarcat faptul că exoscheletele au o serie de trăsături caracteristice care nu fac creația lor un pic mai ușoară. Astfel, o îmbunătățire semnificativă a capacităților fizice ale operatorului uman necesită o sursă adecvată de energie. Acesta din urmă, la rândul său, mărește dimensiunile și greutatea mortă a întregului aparat. Al doilea obstacol constă în interacțiunea persoanei și a exoscheletului. Principiul de funcționare al unui astfel de echipament este după cum urmează: o persoană face orice mișcare cu brațul sau piciorul. Senzorii speciali asociați cu membrele sale primesc acest semnal și transmit comanda corespunzătoare către elementele de acționare - mecanisme hidraulice sau electrice. Concomitent cu emiterea comenzilor, aceiași senzori asigură că mișcarea manipulatorilor corespunde mișcărilor operatorului. Pe lângă sincronizarea amplitudinii mișcărilor, inginerii se confruntă cu problema sincronizării. Ideea este că orice mecanic are un anumit timp de reacție. Prin urmare, ar trebui să fie minimizat în scopul unei comodități suficiente în utilizarea exoscheletului. În cazul exoscheletelor mici și compacte, care sunt acum accentuate, sincronizarea mișcărilor umane și a mașinilor are o prioritate specială. Deoarece exoscheletul compact nu permite creșterea suprafeței de susținere etc., mecanica care nu are timp să se deplaseze cu persoana respectivă poate afecta în mod negativ utilizarea. De exemplu, o mișcare intempestivă a unui „picior” mecanic poate duce la faptul că o persoană pur și simplu își pierde echilibrul și cade. Și acest lucru este departe de toate problemele. Evident, piciorul uman are mai puține grade de libertate decât mâna, ca să nu mai vorbim de mână și degete.
Cea mai nouă istorie a exoscheletelor militare a început în 2000. Apoi, agenția americană DARPA a inițiat începerea programului EHPA (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoscheletele pentru creșterea performanței umane). Programul EHPA a făcut parte dintr-un proiect mai mare Land Warrior pentru a crea aspectul soldatului viitorului. Cu toate acestea, în 2007, Land Warrior a fost anulat, dar partea sa de exoschelet a fost continuată. Scopul proiectului EHPA a fost de a crea așa-numitul. un exoschelet complet, care a inclus amplificatoare pentru brațele și picioarele umane. În același timp, nu au fost necesare arme sau rezerve. Oficialii responsabili de DARPA și Pentagon erau conștienți de faptul că starea actuală a lucrurilor în domeniul exoscheletelor pur și simplu nu permite dotarea lor cu funcții suplimentare. Prin urmare, termenii de referință pentru programul EHPA implică doar posibilitatea unui transport pe termen lung de către un soldat într-un exoschelet al unei încărcături cântărind aproximativ 100 de kilograme și o creștere a vitezei de mișcare a acestuia.
Sacros și Universitatea din Berkeley (SUA), precum și sistemele japoneze Cyberdyne, și-au exprimat dorința de a participa la dezvoltarea noilor tehnologii. Au trecut 12 ani de la începutul programului și în acest timp componența participanților a suferit unele modificări. Sacros a devenit acum parte a preocupării Raytheon, iar un departament al universității numit Berkeley Bionics a devenit o divizie a Lockheed Martin. Într-un fel sau altul, există acum trei prototipuri de exoschelete create în cadrul programului EHPA: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL și Raytheon XOS.
Primul dintre exoscheletele enumerate - HULC - nu îndeplinește pe deplin cerințele DARPA. Faptul este că construcția de 25 de kilograme conține doar un sistem de susținere a spatelui și „picioare” mecanice. Suportul manual nu este implementat în HULC. În același timp, capacitățile fizice ale operatorului HULC sunt crescute datorită faptului că prin sistemul de susținere a spatelui, cea mai mare parte a sarcinii pe brațe este transferată către elementele de forță ale exoscheletului și în cele din urmă „intră” în sol. Datorită sistemului aplicat, un soldat poate transporta până la 90 de kilograme de marfă și, în același timp, poate experimenta o încărcătură care îndeplinește toate standardele armatei. HULC este alimentat de o baterie litiu-ion care durează până la opt ore. În modul economic, o persoană într-un exoschelet poate merge cu o viteză de 4-5 kilometri pe oră. Viteza maximă posibilă a HULC este de 17-18 km / h, dar acest mod de funcționare al sistemului reduce semnificativ timpul de funcționare de la o încărcare a bateriei. În viitor, Lockheed Martin promite să echipeze HULC cu pile de combustibil, a căror capacitate va fi suficientă pentru o zi de funcționare. În plus, în versiunile ulterioare, designerii promit mâinile „robotizate”, ceea ce va crește semnificativ capacitățile utilizatorului de exoschelet.
Raytheon a prezentat până acum două exoschelete oarecum similare cu indici XOS-1 și XOS-2. Ele diferă în ceea ce privește parametrii de greutate și dimensiune și, ca rezultat, într-o serie de caracteristici practice. Spre deosebire de HULC, familia XOS este echipată cu un sistem de ameliorare a mâinilor. Ambele exoschelete pot ridica aproximativ 80-90 de kilograme din propria lor greutate. Este de remarcat faptul că designul ambelor XOS vă permite să instalați diferiți manipulatori pe brațele mecanice. Trebuie remarcat faptul că până acum XOS-1 și XOS-2 au un consum semnificativ de energie. Din această cauză, acestea nu sunt încă autonome și necesită alimentare externă. În consecință, viteza maximă de deplasare și durata de viață a bateriei sunt excluse. Însă, potrivit lui Raytheon, necesitatea alimentării prin cablu nu va fi un obstacol în calea utilizării XOS în depozite sau baze militare unde există o sursă adecvată de electricitate.
Al treilea eșantion al programului EHPA este Cyberdyne HAL. Astăzi, versiunea HAL-5 este relevantă. Acest exoschelet este într-o oarecare măsură un amestec al primelor două. La fel ca HULC, poate fi utilizat independent - bateriile durează 2,5-3 ore. Odată cu familia XOS, dezvoltarea Cyberdyne Systems este unită de „completitudinea” designului: include sisteme de susținere atât pentru brațe, cât și pentru picioare. Cu toate acestea, capacitatea de încărcare a HAL-5 nu depășește câteva zeci de kilograme. Situația este similară cu calitățile de viteză ale acestei dezvoltări. Faptul este că designerii japonezi s-au concentrat nu pe utilizarea militară, ci pe reabilitarea persoanelor cu dizabilități. Evident, astfel de utilizatori pur și simplu nu au nevoie de viteză mare sau capacitate de încărcare. În consecință, dacă armata este interesată de HAL-5 în starea sa actuală, va fi posibil să se creeze un nou exoschelet pe baza sa, ascuțit pentru uz militar.
Dintre toate opțiunile pentru exoscheletele promițătoare prezentate la concursul EHPA, doar HULC a ajuns până acum la teste împreună cu armata. O serie de caracteristici ale altor proiecte încă nu permit începerea încercărilor lor pe teren. În septembrie, mai multe truse HULC vor fi trimise în părți pentru a studia caracteristicile exoscheletului în condiții reale. Dacă totul merge fără probleme, producția la scară largă va începe în 2014-15.
Între timp, oamenii de știință și designerii vor avea concepte și modele mai bune. Cea mai așteptată inovație în domeniul exoscheletelor sunt mănușile robotizate. Manipulatoarele existente nu sunt încă foarte convenabile pentru utilizarea instrumentelor și a obiectelor similare destinate utilizării manuale. Mai mult, crearea unor astfel de mănuși este asociată cu o serie de dificultăți. În general, acestea sunt similare cu cele ale altor ansambluri de exoschelet, dar în acest caz, problemele de sincronizare sunt agravate de un număr mare de elemente mecanice, caracteristici ale mișcării mâinii umane etc. Următorul pas în dezvoltarea exoscheletelor va fi crearea unei interfețe neuroelectronice. Acum, mișcarea mecanicii este controlată de senzori și servomotori. Mai convenabil pentru ingineri și oameni de știință este utilizarea unui sistem de control cu electrozi care îndepărtează impulsurile nervoase umane. Printre altele, un astfel de sistem va reduce timpul de reacție al mecanismelor și, ca urmare, va crește eficiența întregului exoschelet.
În ceea ce privește aplicarea practică, în ultima jumătate de secol, opiniile asupra acesteia s-au schimbat cu greu. Militarii sunt încă considerați principalii utilizatori ai unor sisteme promițătoare. Pot folosi exoscheletele pentru operațiuni de încărcare și descărcare, pregătirea muniției și, în plus, într-o situație de luptă, pentru a spori capacitățile luptătorilor. Trebuie remarcat faptul că capacitatea de încărcare a exoscheletelor va fi utilă nu numai pentru militari. Utilizarea pe scară largă a tehnologiei care permite unei persoane să își crească semnificativ capacitățile fizice poate schimba fața tuturor logisticii și transportului de marfă. De exemplu, timpul pentru încărcarea unei semiremorci de marfă în absența stivuitoarelor va scădea cu zeci de procente, ceea ce va spori eficiența întregului sistem de transport. În cele din urmă, exoscheletele controlate de nervi vor ajuta persoanele cu dizabilități să sprijine oamenii să ducă din nou o viață plină. Mai mult, speranțe mari sunt fixate pe interfața neuroelectronică: în caz de leziuni ale coloanei vertebrale etc. În caz de leziuni, este posibil ca semnalele din creier să nu ajungă într-o anumită zonă a corpului. Dacă îi „interceptăm” în zona deteriorată a nervului și îi trimitem la sistemul de control al exoscheletului, atunci persoana nu va mai fi limitată la un scaun cu rotile sau la un pat. Astfel, evoluțiile militare pot îmbunătăți din nou viața nu numai a militarilor. Doar pentru moment, făcând planuri mari, ar trebui să vă amintiți despre operațiunea de încercare a exoscheletului Lockheed Martin HULC, care va începe doar în toamnă. Pe baza rezultatelor sale, va fi posibil să se judece atât perspectivele întregii industrii, cât și interesul față de aceasta din partea potențialilor utilizatori.
