'N Halfeeu na die aanvang van die werk op die gebied van eksoskeletons, is die eerste monsters van hierdie toerusting gereed om volwaardig te werk. Lockheed Martin het onlangs gespog dat sy HULC -projek (Human Universal Load Carrier) nie net met die Pentagon in die veld getoets is nie, maar ook gereed is vir serieproduksie. Die eksoskelet HULC "adem nou in die rug" deur verskeie soortgelyke projekte van ander ondernemings. Maar so 'n oorvloed ontwerpe was nie altyd so nie.
Die idee om 'n toestel te skep wat deur 'n persoon gedra kan word en sy fisiese eienskappe aansienlik kan verbeter, verskyn in die eerste helfte van die vorige eeu. Tot 'n sekere tyd was dit egter net nog 'n idee van wetenskapfiksieskrywers. Die ontwikkeling van 'n prakties toepaslike stelsel is eers aan die einde van die vyftigerjare begin. General Electric het onder die vaandel van die Amerikaanse weermag 'n projek geloods genaamd Hardiman. Die tegniese taak was vet: die eksoskelet van GE was veronderstel om 'n persoon in staat te stel om te werk met vragte van tot 'n anderhalf duisend pond (ongeveer 680 kilogram). As die projek suksesvol afgehandel is, het die Hardiman -eksoskelet groot vooruitsigte. Die weermag was dus van plan om nuwe tegnologie te gebruik om die werk van wapensmede in die lugmag te vergemaklik. Boonop was kernwetenskaplikes, bouers en verteenwoordigers van baie ander nywerhede 'in lyn'. Maar selfs tien jaar na die aanvang van die program kon die ingenieurs van General Electric nie alles wat bedink is in metaal omskakel nie. Verskeie prototipes is gebou, waaronder 'n werkende meganiese arm. Die groot klou van die Hardymen was hidroulies aangedryf en kon 750 pond vrag (ongeveer 340 kg) lig. Op grond van een werkbare "handskoen" was dit moontlik om 'n tweede een te skep. Maar die ontwerpers het 'n ander probleem ondervind. Die meganiese "bene" van die eksoskelet wou nie behoorlik werk nie. Die Hardiman -prototipe met een arm en twee steunpote het minder as 750 kilogram geweeg, terwyl die maksimum ontwerpvermoë laer as sy eie gewig was. As gevolg van hierdie gewig en die eienaardighede van die sentreering van die eksoskelet, het die hele struktuur dikwels begin tril, wat verskeie kere omgeslaan het tydens die opheffing van die vrag. Met bitter ironie het die skrywers van die projek hierdie verskynsel 'die meganiese dans van St. Vitus' genoem. Maak nie saak hoe hard die ontwerpers van General Electric geveg het nie, hulle kon nie die belyning en trillings hanteer nie. Aan die begin van die 70's is die Hardiman -projek gesluit.
In die daaropvolgende jare is werk in die rigting van eksoskeletons onaktief. Af en toe het verskillende organisasies daarmee begin werk, maar byna altyd het die gewenste resultaat nie gevolg nie. Terselfdertyd was die doel van die skep van 'n eksoskelet nie altyd die militêre gebruik daarvan nie. In die 70's het werknemers van die Massachusetts Institute of Technology sonder veel sukses toerusting van hierdie klas ontwikkel wat ontwerp is vir die rehabilitasie van gestremdes met beserings aan die muskuloskeletale stelsel. Ongelukkig het die ingenieurs destyds ook in die pad gekom om die verskillende dele van die pak te sinchroniseer. Daar moet op gelet word dat eksoskeletons 'n aantal kenmerkende eienskappe het wat hul skepping nie 'n bietjie makliker maak nie. 'N Beduidende verbetering in die fisiese vermoëns van die menslike operateur vereis dus 'n geskikte bron van energie. Laasgenoemde verhoog op sy beurt die afmetings en die massa van die hele apparaat. Die tweede probleem lê in die interaksie van die persoon en die eksoskelet. Die beginsel van werking van sulke toerusting is soos volg: 'n persoon maak enige beweging met sy arm of been. Spesiale sensors wat met sy ledemate verband hou, ontvang hierdie sein en stuur die toepaslike opdrag na die bedieningselemente - hidrouliese of elektriese meganismes. Terselfdertyd met die uitreiking van opdragte, verseker dieselfde sensors dat die beweging van die manipuleerders ooreenstem met die bewegings van die operateur. Benewens die sinchronisasie van die amplitudes van bewegings, staan ingenieurs voor die kwessie van tydsberekening. Die punt is dat enige werktuigkundige 'n sekere reaksietyd het. Daarom moet dit geminimaliseer word vir die gemak van die gebruik van die eksoskelet. In die geval van klein, kompakte eksoskeletons, wat nou beklemtoon word, het die sinchronisasie van menslike en masjienbewegings 'n spesiale prioriteit. Aangesien die kompakte eksoskelet nie die steunoppervlak, ensovoorts verhoog nie, kan meganika wat nie tyd het om met die persoon te beweeg nie, die gebruik nadelig beïnvloed. Byvoorbeeld, 'n ontydige beweging van 'n meganiese "been" kan daartoe lei dat 'n persoon eenvoudig die balans verloor en val. En dit is ver van al die probleme. Dit is duidelik dat die menslike been minder vryheidsgrade het as die hand, om nie te praat van die hand en vingers nie.
Die nuutste geskiedenis van militêre eksoskeletons het in 2000 begin. Toe begin die Amerikaanse agentskap DARPA met die begin van die EHPA -program (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for increase human performance). Die EHPA -program was deel van 'n groter Land Warrior -projek om die voorkoms van die soldaat van die toekoms te skep. In 2007 is die Land Warrior egter gekanselleer, maar sy deel van die eksoskelet is voortgesit. Die doel van die EHPA-projek was om die sogenaamde. 'n volledige eksoskelet, wat versterkers vir menslike arms en bene ingesluit het. Terselfdertyd was geen wapens of besprekings nodig nie. Die amptenare in beheer van DARPA en die Pentagon was deeglik bewus daarvan dat die huidige stand van sake op die gebied van eksoskeletons dit eenvoudig nie moontlik maak om hulle met ekstra funksies toe te rus nie. Daarom bevat die opdrag vir die EHPA-program slegs die moontlikheid dat 'n soldaat 'n vrag van ongeveer 100 kilogram lank kan dra deur 'n soldaat in 'n eksoskelet, en 'n toename in sy bewegingsnelheid.
Sacros en die Universiteit van Berkeley (VSA), sowel as die Japanese Cyberdyne Systems, het hul begeerte uitgespreek om deel te neem aan die ontwikkeling van nuwe tegnologie. Twaalf jaar het verloop sedert die aanvang van die program, en gedurende hierdie tyd het die samestelling van die deelnemers 'n paar veranderinge ondergaan. Sacros het nou deel geword van die Raytheon -onderneming, en 'n departement van die universiteit genaamd Berkeley Bionics het 'n afdeling van Lockheed Martin geword. Op die een of ander manier is daar nou drie prototipe eksoskeletons wat onder die EHPA -program geskep is: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL en Raytheon XOS.
Die eerste van die genoemde eksoskeletons - HULC - voldoen nie ten volle aan die DARPA -vereistes nie. Die feit is dat die konstruksie van 25 kilogram slegs 'n rugsteunstelsel en meganiese "bene" bevat. Handsteun word nie geïmplementeer in HULC nie. Terselfdertyd word die fisiese vermoëns van die HULC -operateur verhoog omdat die meeste las op die arms na die kragelemente van die eksoskelet oorgedra word en uiteindelik in die grond gaan. Danksy die toegepaste stelsel kan 'n soldaat tot 90 kilogram vrag dra en terselfdertyd 'n vrag ondervind wat aan alle weermagstandaarde voldoen. Die HULC word aangedryf deur 'n litium-ioonbattery wat tot agt uur duur. In 'n ekonomiese modus kan 'n persoon in 'n eksoskelet met 'n snelheid van 4-5 kilometer per uur loop. Die maksimum moontlike spoed van die HULC is 17-18 km / h, maar hierdie werkswyse van die stelsel verminder die werktyd aansienlik van een batterylading. In die toekoms beloof Lockheed Martin om HULC toe te rus met brandstofselle, waarvan die kapasiteit genoeg sal wees vir 'n dag van werking. Boonop beloof die ontwerpers in die daaropvolgende weergawes 'robotiese' hande, wat die vermoëns van die eksoskeletgebruiker aansienlik sal verhoog.
Raytheon het tot dusver twee ietwat soortgelyke eksoskeletons aangebied met die indekse XOS-1 en XOS-2. Hulle verskil in gewig en grootte parameters en gevolglik in 'n aantal praktiese eienskappe. Anders as die HULC, is die XOS -gesin toegerus met 'n handverligtingstelsel. Beide hierdie eksoskeletons kan ongeveer 80-90 kilogram van hul eie gewig lig. Dit is opmerklik dat die ontwerp van beide XOS u toelaat om verskillende manipuleerders op meganiese arms te installeer. Daar moet op gelet word dat XOS-1 en XOS-2 tot dusver 'n aansienlike kragverbruik het. As gevolg hiervan is hulle nog nie outonoom nie en benodig hulle eksterne kragtoevoer. Gevolglik is die maksimum rijsnelheid en batterylewe buite die kwessie. Maar volgens Raytheon sal die behoefte aan kabelkrag nie 'n hindernis wees vir die gebruik van XOS in pakhuise of militêre basisse waar daar 'n geskikte bron van elektrisiteit is nie.
Die derde steekproef van die EHPA -program is Cyberdyne HAL. Vandag is die HAL-5-weergawe relevant. Hierdie eksoskelet is tot 'n mate 'n mengsel van die eerste twee. Net soos die HULC kan dit onafhanklik gebruik word - die batterye hou 2,5-3 uur. Met die XOS -familie word die ontwikkeling van Cyberdyne Systems verenig deur die 'volledigheid' van die ontwerp: dit bevat ondersteuningstelsels vir beide arms en bene. Die dravermoë van die HAL-5 oorskry egter nie 'n paar tientalle kilogram nie. Die situasie is soortgelyk aan die spoedkwaliteite van hierdie ontwikkeling. Die feit is dat Japannese ontwerpers nie gefokus het op militêre gebruik nie, maar op die rehabilitasie van gestremdes. Dit is duidelik dat sulke gebruikers eenvoudig nie hoë spoed of laaivermoë nodig het nie. As die weermag in sy huidige toestand belangstel in HAL-5, is dit dus moontlik om 'n nuwe eksoskelet te maak wat opgemaak is vir militêre gebruik.
Van al die opsies vir belowende eksoskeletons wat by die EHPA -kompetisie ingedien is, het slegs HULC tot dusver toetse in samewerking met die weermag bereik. 'N Aantal kenmerke van ander projekte laat die veldproewe nog nie toe nie. In September word verskeie HULC -kits in dele gestuur om die kenmerke van die eksoskelet in werklike omstandighede te bestudeer. As alles vlot verloop, sal grootskaalse produksie in 2014-’15 begin.
Intussen het wetenskaplikes en ontwerpers beter konsepte en ontwerpe. Die mees verwagte innovasie op die gebied van eksoskeletons is robothandskoene. Die bestaande manipuleerders is nog nie baie gerieflik vir die gebruik van gereedskap en soortgelyke voorwerpe wat bedoel is vir handmatige gebruik nie. Boonop hou die vervaardiging van sulke handskoene verband met 'n aantal probleme. Oor die algemeen is hulle soortgelyk aan dié van ander eksoskelet -samestellings, maar in hierdie geval word sinchronisasieprobleme vererger deur 'n groot aantal meganiese elemente, kenmerke van die beweging van die menslike hand, ens. Die volgende stap in die ontwikkeling van eksoskeletons is die skep van 'n neuro -elektroniese koppelvlak. Nou word die beweging van meganika beheer deur sensors en servo -aandrywers. Geriefliker vir ingenieurs en wetenskaplikes is die gebruik van 'n beheerstelsel met elektrodes wat menslike senuwee -impulse verwyder. So 'n stelsel verminder onder meer die reaksietyd van meganismes en verhoog die doeltreffendheid van die hele eksoskelet.
Wat die praktiese toepassing betref, het die sienings daaroor die afgelope halfeeu skaars verander. Die weermag word steeds beskou as die belangrikste gebruikers van belowende stelsels. Hulle kan eksoskeletons gebruik vir die laai en aflaai van operasies, die voorbereiding van ammunisie, en ook in 'n gevegsituasie om die vermoëns van vegters te verbeter. Daar moet op gelet word dat die drakrag van eksoskeletons nie net nuttig sal wees vir die weermag nie. Die wydverspreide gebruik van tegnologie waarmee 'n persoon sy fisiese vermoëns aansienlik kan verhoog, kan die voorkoms van alle logistieke en vragvervoer verander. Byvoorbeeld, die tyd vir die laai van 'n vrag -oplegger in die afwesigheid van vurkhysers sal met tientalle persent afneem, wat die doeltreffendheid van die hele vervoerstelsel verhoog. Laastens sal senuwee-beheerde eksoskeletons help om gestremdes mense te ondersteun om weer 'n vol lewe te lei. Boonop is daar groot hoop op die neuro -elektroniese koppelvlak: in geval van ruggraatbeserings, ens. By beserings kan seine van die brein moontlik nie 'n spesifieke deel van die liggaam bereik nie. As ons hulle na die beskadigde area van die senuwee "onderskep" en dit na die eksoskeletbeheerstelsel stuur, dan is die persoon nie meer beperk tot 'n rolstoel of bed nie. Militêre ontwikkelinge kan dus nie net die lewens van die weermag verbeter nie. Vir eers, met groot planne, moet u onthou van die proefoperasie van die Lockheed Martin HULC -eksoskelet, wat eers in die herfs begin. Op grond van die resultate daarvan, sal dit moontlik wees om beide die vooruitsigte van die hele bedryf en die belangstelling daarin uit potensiële gebruikers te beoordeel.
