Egzoskeleti
Iako se u posljednje vrijeme sve više čuje o egzoskeletima, ispostavilo se da istorija ovog izuma seže u devetnaesti vijek. Saznajte kako se mijenjao tokom decenija i kako su izgledale prekretnice u njegovoj evoluciji.
1. Ilustracija iz patenta Nikolaja Yagna
1890 – Prve inovativne ideje za stvaranje egzoskeleta datiraju iz 1890. stoljeća. Godine 420179. Nicholas Yagn patentirao je u Sjedinjenim Državama (patent br. US XNUMX A) "Napravu za olakšavanje hodanja, trčanja i skakanja" (1). Bio je to oklop napravljen od drveta, čija je svrha bila da poveća brzinu ratnika tokom višekilometarskog marša. Dizajn je postao izvor inspiracije za dalje traženje optimalnog rješenja.
1961 - General Electric je 60-ih godina zajedno sa grupom naučnika sa Univerziteta Comell započeo rad na stvaranju elektro-hidrauličkog odijela koje podržava ljudsku vježbu. Saradnja s vojskom na projektu Man Augmentation dovela je do razvoja Hardimana (2). Cilj projekta bio je stvoriti odijelo koje oponaša prirodne pokrete čovjeka, omogućavajući mu da podigne predmete teške skoro 700 kg. Sam kostim je težio isto, ali je opipljiva težina bila samo 20 kg.
2. General Electric prototip izmjenjivača topline
Unatoč uspjehu projekta, pokazalo se da je njegova korisnost zanemarljiva, a početni primjerci bi bili skupi. Njihove ograničene mogućnosti mobilnosti i složeni sistem napajanja na kraju su ove uređaje učinili neupotrebljivim. Tokom testiranja pokazalo se da Hardiman može podići samo 350 kg, a pri dužem korištenju ima sklonost opasnim, nekoordiniranim pokretima. Od daljeg razvoja prototipa napuštena je samo jedna ruka - uređaj je težio oko 250 kg, ali je bio jednako nepraktičan kao i prethodni egzoskelet.
70-ih. “Zbog svoje veličine, težine, nestabilnosti i problema sa snagom, Hardiman nikada nije ušao u proizvodnju, ali je industrijski Man-Mate koristio neku tehnologiju iz 60-ih. Prava na tehnologiju kupila je kompanija Western Space and Marine, koju je osnovao jedan od GE inženjera. Proizvod je dodatno razvijen i danas postoji u obliku velike robotske ruke koja može podići do 4500 kg koristeći povratnu informaciju sile, što ga čini idealnim za industriju čelika.
3. Egzoskeleti napravljeni u Institutu Mihailo Pupin u Srbiji.
1972 – Rane aktivne egzoskelete i humanoidne robote razvila je na Institutu Mihailo Pupin u Srbiji grupa koju vodi prof. Miomir Vukobratovich. Prvo, razvijeni su sistemi pokreta nogu da podrže rehabilitaciju osoba koje pate od paraplegije (3). Prilikom razvoja aktivnih egzoskeleta, institut je razvio i metode za analizu i kontrolu ljudskog hoda. Neki od ovih napretka doprinijeli su razvoju današnjih humanoidnih robota visokih performansi. 1972. godine na ortopedskoj klinici u Beogradu testiran je aktivni pneumatski egzoskelet sa elektronskim programiranjem za paralizu donjih ekstremiteta.
1985 „Inženjer u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos pravi egzoskelet nazvan Pitman, energetski oklop za pešadije. Upravljanje uređajem baziralo se na senzorima koji skeniraju površinu lubanje, smještenim u poseban šlem. S obzirom na mogućnosti tehnologije tog vremena, bio je previše složen dizajn za proizvodnju. Ograničenje je prvenstveno bila nedovoljna računarska snaga računara. Osim toga, procesiranje moždanih signala i njihovo pretvaranje u pokrete egzoskeleta u to je vrijeme ostalo tehnički praktično nemoguće.
4. Egzoskeletno odijelo za spašavanje, koje je dizajnirao Monty Reed.
1986 — Monty Reed, vojnik američke vojske koji je slomio kičmu dok je skakao padobranom, razvija egzoskelet odijela za preživljavanje (4). Inspirisali su ga opisi mobilnih pešadijskih odela u naučnofantastičnom romanu Starship Troopers Roberta Hajnlajna, koje je pročitao dok se oporavljao u bolnici. Međutim, Reed je počeo raditi na svom uređaju tek 2001. godine. 2005. godine testirao je prototip 4,8 spasilačkog odijela na utrci za Dan Svetog Patrika u Sijetlu, Vašington. Programer tvrdi da je postavio rekord brzine hodanja u robotskim odijelima, prelazeći 4 kilometra prosječnom brzinom od 14 km/h. Prototip Lifesuit 1,6 mogao je preći 92 km potpuno napunjen i podići XNUMX kg.
1990-danas - Prvi prototip HAL egzoskeleta predložio je Yoshiyuki Sankai (5), prof. Univerzitet u Tsukubi. Sankai je proveo tri godine - od 1990. do 1993. - identifikujući neurone koji kontrolišu kretanje nogu. Njemu i njegovom timu je trebalo još četiri godine da prototip opreme. Treći HAL prototip, razvijen početkom 22. veka, bio je povezan sa računarom. Sama baterija je bila teška skoro 5 kg, što ju je činilo vrlo nepraktičnom. Nasuprot tome, kasniji model HAL-10 težio je samo 5 kg i imao je bateriju i kontrolni kompjuter omotane oko struka korisnika. HAL-XNUMX je trenutno medicinski egzoskelet sa četiri uda (iako je dostupna i verzija samo za donje udove) koju proizvodi japanska kompanija Cyberdyne Inc. u saradnji sa Univerzitetom u Tsukubi.
5. Profesor Yoshiyuki Sankai predstavlja jedan od modela egzoskeleta.
Radi otprilike 2 sata i 40 minuta u zatvorenom i na otvorenom. Pomaže pri podizanju teških predmeta. Položaj komandi i pogona u kontejnerima unutar kućišta omogućili su da se riješite "ruksaka" tako karakterističnog za većinu egzoskeleta, koji ponekad nalikuje velikom insektu. Osobe sa hipertenzijom, osteoporozom i bilo kojim srčanim oboljenjem treba da se konsultuju sa lekarom pre upotrebe HAL-a, a kontraindikacije uključuju, ali nisu ograničene na, pejsmejker i trudnoću. U sklopu HAL FIT programa, proizvođač nudi mogućnost korištenja tretmana egzoskeletom kako za bolesne tako i za zdrave osobe. Dizajner HAL tvrdi da će se sljedeće faze nadogradnje fokusirati na stvaranje tankog odijela koje će omogućiti korisniku da se slobodno kreće i čak trči.
2000 - prof. Homayoun Kazeruni i njegov tim u Ekso Bionics razvijaju Univerzalni ljudski Cargo Carrier, ili HULC (6) je bežični egzoskelet sa hidrauličnim pogonom. Njegova svrha je da pomogne zaraćenim vojnicima da dugo vremena nose terete težine do 90 kg, sa maksimalnom brzinom od 16 km/h. Sistem je predstavljen javnosti na AUSA zimskom simpozijumu 26. februara 2009. godine, kada je postignut sporazum o licenciranju sa Lockheed Martinom. Dominantni materijal koji se koristi u ovom dizajnu je titanijum, lagan, ali relativno skup materijal sa visokim mehaničkim svojstvima i svojstvima čvrstoće.
Egzoskelet je opremljen usisnim čašama koje vam omogućavaju nošenje predmeta težine do 68 kg (uređaj za podizanje). Napajanje se vrši iz četiri litijum-polimerske baterije koje osiguravaju normalan rad uređaja pri optimalnom opterećenju do 20 sati. Egzoskelet je testiran u različitim borbenim uslovima i različitim opterećenjima. Nakon niza uspješnih eksperimenata u jesen 2012. godine, poslan je u Afganistan, gdje je testiran tokom oružanog sukoba. Uprkos brojnim pozitivnim kritikama, projekat je stavljen na čekanje. Kako se ispostavilo, dizajn je otežavao izvođenje određenih pokreta i zapravo povećavao opterećenje mišića, što je bilo u suprotnosti s općom idejom njegovog stvaranja.
2001 – U toku je projekat Berkli egzoskeleta donjih ekstremiteta (BLEEX), prvobitno namenjen uglavnom vojsci. U njegovom okviru postignuti su obećavajući rezultati u vidu autonomnih rješenja od praktičnog značaja. Prije svega, napravljen je robotski uređaj, pričvršćen za donji dio tijela kako bi nogama dao dodatnu snagu. Opremu je finansirala Agencija za napredne istraživačke projekte odbrane (DARPA), a razvila ju je laboratorija za robotiku i ljudski inženjering Berkeley, odjel Kalifornijskog univerziteta, odjel za mašinsko inženjerstvo Berkeley. Berkeley sistem egzoskeleta daje vojnicima mogućnost da nose velike terete uz minimalan napor i preko bilo koje vrste terena, kao što su hrana, oprema za spašavanje, kompleti prve pomoći, komunikacije i oružje. Pored vojnih aplikacija, BLEEX trenutno razvija civilne projekte. Laboratorija za robotiku i ljudski inženjering trenutno istražuje sljedeća rješenja: ExoHiker - egzoskelet dizajniran uglavnom za članove ekspedicije gdje postoji potreba za transportom teške opreme, ExoClimber - oprema za ljude koji se penju na visoka brda, Medicinski egzoskelet - egzoskelet za osobe sa invaliditetom fizičke sposobnosti. poremećaji pokretljivosti donjih ekstremiteta.
8. Prototip Sarcos XOS 2 u akciji
tekst
2010 – Pojavljuje se XOS 2 (8) je nastavak XOS egzoskeleta iz Sarcosa. Prije svega, novi dizajn je postao lakši i pouzdaniji, što vam omogućava podizanje tereta težine do 90 kg u statičnom stanju. Uređaj podsjeća na kiborga. Upravljanje se zasniva na tridesetak aktuatora koji djeluju kao umjetni zglobovi. Egzoskelet sadrži nekoliko senzora koji prenose signale aktuatorima preko kompjutera. Na ovaj način se odvija nesmetan i kontinuiran rad, a korisnik ne oseća značajan napor. Težina XOS-a je 68 kg.
2011-danas – Američka agencija za hranu i lijekove (FDA) odobrava medicinski egzoskelet ReWalk (9). To je sistem koji koristi elemente snage za jačanje nogu i omogućava osobama sa paralizom da stoje uspravno, hodaju i penju se stepenicama. Energiju osigurava baterija u ruksaku. Upravljanje se vrši pomoću jednostavnog ručnog daljinskog upravljača koji otkriva i korigira pokrete korisnika. Cijelu stvar je dizajnirao Amit Goffer iz Izraela, a prodaje je ReWalk Robotics Ltd (prvobitno Argo Medical Technologies) za oko 85 PLN. dolara.
9 ljudi ulazi u ReWalk egzoskelete
U trenutku puštanja u prodaju, oprema je bila dostupna u dvije verzije - ReWalk I i ReWalk P. Prvu koriste medicinske ustanove u istraživačke ili terapeutske svrhe pod nadzorom medicinskog stručnjaka. ReWalk P je namijenjen za ličnu upotrebu pacijenata kod kuće ili na javnim mjestima. U januaru 2013. objavljena je ažurirana verzija ReWalk Rehabilitation 2.0. Ovo je poboljšalo prilagodbu višim ljudima i poboljšao upravljački softver. ReWalk zahtijeva od korisnika da koristi štake. Kardiovaskularne bolesti i krhkost kostiju navode se kao kontraindikacije. Ograničenje je i rast, unutar 1,6-1,9 m, i tjelesna težina do 100 kg. Ovo je jedini egzoskelet u kojem možete voziti automobil.
10. Ex Bionics eLEGS
2012 Ekso Bionics, ranije poznat kao Berkeley Bionics, otkriva svoj medicinski egzoskelet. Projekat je započeo dvije godine ranije pod nazivom eLEGS (10), a bio je namijenjen rehabilitaciji osoba s različitim stepenom paralize. Kao i ReWalk, konstrukcija zahtijeva korištenje štaka. Baterija osigurava energiju za najmanje šest sati korištenja. Exo set košta oko 100 hiljada. dolara. U Poljskoj je poznat projekat egzoskeleta Ekso GT, medicinskog uređaja dizajniranog za rad s neurološkim pacijentima. Njegov dizajn omogućava hodanje, uključujući ljude nakon moždanog udara, ozljede kičmene moždine, pacijente s multiplom sklerozom ili s Guillain-Barréovim sindromom. Oprema može raditi na nekoliko različitih načina, ovisno o stepenu disfunkcije pacijenta.
2013 – Mindwalker, projekat egzoskeleta kontrolisanog umom, dobija sredstva od Evropske unije. Dizajn je rezultat saradnje naučnika sa Slobodnog univerziteta u Briselu i Fondacije Santa Lucia u Italiji. Istraživači su testirali različite načine upravljanja uređajem – vjeruju da sučelje mozak-neuro-kompjuter (BNCI) najbolje funkcionira, što vam omogućava da ga kontrolirate mislima. Signali prolaze između mozga i kompjutera, zaobilazeći kičmenu moždinu. Mindwalker pretvara EMG signale, odnosno male potencijale (zvane miopotencijali) koji se pojavljuju na površini kože osobe kada mišići rade, u elektronske komande pokreta. Egzoskelet je prilično lagan, bez baterija je težak samo 30 kg. Može izdržati odraslu osobu težine do 100 kg.
2016 – Tehnički univerzitet ETH u Cirihu, Švajcarska, domaćin je prvog cybathlon sportskog takmičenja za osobe sa invaliditetom koje koriste pomoćne robote. Jedna od disciplina bila je i trka egzoskeleta na stazi s preprekama za osobe sa paralizom donjih ekstremiteta. U ovoj demonstraciji vještina i tehnologije, korisnici egzoskeleta morali su obavljati zadatke kao što su sjedenje na kauču i ustajanje, hodanje po padinama, gaženje po stijenama (kao kada prelaze plitku planinsku rijeku) i penjanje uz stepenice. Ispostavilo se da niko nije uspeo da savlada sve vežbe, a najbržim ekipama je trebalo više od 50 minuta da pređu stazu sa preprekama od 8 metara. Sljedeći događaj će se održati 2020. godine kao pokazatelj razvoja tehnologije egzoskeleta.
2019 – Tokom ljetnih demonstracija u Centru za obuku komandosa u Lympstonu u Velikoj Britaniji, Richard Browning, izumitelj i izvršni direktor Gravity Industriesa, pokazao je svoje egzoskeletno mlazno odijelo Daedalus Mark 1, koje je ostavilo ogroman utisak na vojsku, a ne samo na Britance. Šest malih mlaznih motora - dva su ugrađena pozadi i dva u vidu dodatnih para na svakoj ruci - omogućavaju penjanje do visine do 600 m. Do sada ima dovoljno goriva samo za 10 minuta vožnje. let...
