Экзоскелеты

Инновационные изобретения зачастую создаются для применения в военной сфере, но постепенно переходят в бытовую и социальную жизнь общества. Одним из примеров является экзоскелет – устройство, которое используется для осуществления человеком утраченных функций или для сокращения физических усилий для их производства. За счет внешнего каркаса и приводящих элементов, обеспечивается расширение амплитуды движений, что позволяет без физических усилий работать с грузами, бегать, передвигаться и вставать при проблемах с опорно-двигательным аппаратом.

Немного истории

Первый экзоскелет
Вес первого прототипа экзоскелета был 680 кг, вторая версия была в виде руки с массой 750 кг

Первый экзоскелет был разработан военными из США и компанией General Electric в 1960-е. Устройство «Hardiman» позволяло поднимать массу более 100 кг, с усилием равным для поднятия 4.5 кг. Первоначально изобретение использовалось для улучшения показателей выносливости у военнослужащих и для повышения их физических навыков. Из-за большой массы, «Hardiman» не получил популярности и широкого применения.

В 2001 году была начата разработка роботизированного военного костюма 2 поколения, «Raytheon XOS 2». Устройство было реализовано с гидравлической системой, что позволило уменьшить нагрузку от подъема тяжелых предметов в 17 раз!  Впервые «XOS 2» увидел свет лишь в 2010 году. Сегодня костюм используется в модернизированном виде: в него встроили двигатель с гидроприводами и датчики, снизили общую массу, система управляется «умным» программным обеспечением.

Снижение субъективного восприятия нагрузки человеком, посредством использования гидравлической системы, стало использоваться в медицинских экзоскелетах. Прототипы военных спецформ используются для улучшения жизнедеятельности в условиях проблем с опорно-двигательным аппаратом. Экзокостюм сегодня выпускают многие компании, для различных целей.

Применение экзоскелетов

Инновационные изобретения внедряются не только военными, но и в медицине, на предприятиях, в спорте. Одной из пока «новых», но массово завоевывающих рынок, разработок является экзоскелет. Единственный недостаток устройств этой категории – большая стоимость. Но как известно, именно повышение конкурентоспособности снижает цену.

Из представленных на рынке гидравлических костюмов самыми популярными стали устройства для сокращения физических нагрузок на тело. Подобные прототипы используются, например, на предприятиях по сбору техники. Рабочий в экзоскелете не устает, так как вся физическая нагрузка приходится на гидравлическую систему, а не на мышцы.

Крупнейшие мировые автоконцерны уже используют устройства на своих предприятиях.

В медицине используются схожие по устройству гидравлические экзокостюмы, которые позволяют организовать физическую активность с проблемным опорно-двигательным аппаратом, в том числе больным ДЦП.

Экзоскелеты на предприятиях
Экзоскелеты на предприятиях — уже настоящее, в будущем они будут использоваться повсеместно

Многие модели экзоскелетов применяются регулярно для различных целей. На производстве используются в основном силовые устройства, которые позволяют работать с большими весами, без ущерба здоровью. Такие же костюмы применяют военнослужащие. В медицинской сфере применяют ортопедические и реабилитационные изделия. Рассмотрим самые известные модели во всех категориях.

Talos

Talos

Комплексный специализированный военный костюм, с гидравлическим движком, который позволяет переносить обмундирование до 47 кг. Операционная система контролирует показатели организма военнослужащего, а также помогает в контроле за ситуацией на поле боя. Полные характеристики экзоскелета «Talos» держатся в тайне, так как это военная разработка.

Экзоскелет Talos
Talos имеет бронированную конструкцию, что отличает его от аналогичных костюмов

В костюме встроенная аниматроника, контролируемое дыхание и различные системы для слежения за ситуацией в окружающей обстановке. Устройство оснащено бронированием, которое гарантирует защиту от пуль мелкого калибра и небольших взрывов, например, мин. Экзоскелет «Talos» находится в разработке, поэтому, скорее всего, комплексный костюм будет меняться.

NASA X1

Экзоскелет NASA X1
NASA X1 подходит только для космической миссии, для использования на земле существуют более дешевые аналоги

Экзоскелеты не обошли и космическую сферу – компания NASA разработала костюм для космонавтов, который контролирует состояние мышечных тканей у пользователя. Устройство подходит для использования в невесомости. Оно осуществляет контроль за состоянием космонавта, а для поддержания мышц в тонусе использует четыре встроенных привода.

ЭкзоАтлет

Разработка Ростеха, созданная для реабилитации пациентов с проблемами опорно-двигательного аппарата, спинного мозга и, в частности, ног. Костюм помогает передвигаться больному, а также позволяет «заново» научиться ходить. Это не единственный российский экзоскелет, также ведется разработка «ЭкзоАтланта» – костюма для работников предприятий, который упростит сборку, сортировку, погрузку различных изделий.

ЭкзоАтлет работает совместно с приложением ExoAlbatros, в котором ведутся карточки пациентов, с указанием проведенных тренировок, статистическими и другими данными. Экзоскелет используется в частных клиниках, для помощи в реабилитации больных. Устройство помогает при локомоторных нарушениях нижних конечностей.

Chairless Chair

chairless-chair

Устройство в виде экзостула, созданное для тех, кто работает на ногах. Система снимает напряжение в мышечных тканях ног. Экзостул используется на крупных предприятиях, современных кухнях, упаковочных линиях, работах в небольших цехах. Устройство имеет небольшую массу, гибкое и не мешает движению.

ReWalk

Ортопедический аппарат, который обеспечивает реципрокное движение при помощи полукорсета, оказывая взаимодействие с обеими ногами. Самый популярный из бионических экзокостюмов. Применяется в медицине, в роли помощника для пациентов с параличом ног или ДЦП.

Устройство управляется при помощи дистанционного управления самим пользователем экзоскелета. Агрегат помогает при восхождении и спуске по лестнице, для ходьбы и при необходимости встать с кресла.

rewalk-1

ReWalk имеет большую стоимость, поэтому его приобретают только состоятельные клиенты. При желании на рынке можно найти дешевые аналоги, в том числе отечественного производства.

ExoHaker

exohiker-1

Разработка западных ученых, нацеленная на снижение нагрузки для туристов и людей, передвигающихся на большие расстояния, в том числе передвигающихся пластунским ходом или бегом. Устройство работает без подзарядки целый день, при весе в 14 кг способно снимать нагрузку в 70 кг.

ExoHaker заинтересовал американских военных, хотя первоначально разрабатывался для туристической деятельности.

XOS 2

Экзоскелет XOS 2
XOS 2 уже поступил на вооружение США, но будет использоваться только после 2020 года

Уже упомянутый выше экзоскелет, используемый в армии США. Устройство внедряется с целью снижения физической нагрузки на военнослужащего. В частности, костюм создан для военных логистов, которым приходится перемещать тяжелые грузы, снаряды, оружие. Экзоскелет XOS 2 позволяет без усилий ломать деревянные доски и брусья, разбивать бетонные ограждения и кирпичные стены.

Недостаток инновационной униформы – зависимость от постоянного источника энергии автономного типа. Таким образом, устройство можно использовать только в роли стационарного помощника для логистических целей. Массово использовать Sarcos XOS 2 в армии США начнут в 2020 году.

Phoenix

phoenix-1

Медицинское роботизированное устройство, которое позволяет начать ходить, даже при параличе ног или их отсутствии. Устройство имеет огромную цену, обладает весом всего 12 кг и приводится в движение двумя набедренными приводами. Экзоскелет позволяет развивать скорость до 3 км/ч. Управление костюмом осуществляется при помощи датчиков наклона.

При помощи Phoenix можно вставать с инвалидного кресла, ходить с костылями и без них (при соответствующей подготовке), а также подниматься и спускаться по лестнице.

Из аналогов «Феникса», на рынке также популярна модель «eLegs». При помощи таких экзопротезов пациенты могут начать вести активный образ жизни и стать ближе к семье, друзьям, обществу.

Ekso GT

ekso-gt

Российская разработка «Экзоатлет» является аналогом западной разработки «Ekso GT». Прибор используется в роли помощника для ходьбы, во время реабилитации после операций, инсульта, травм ног и спинного мозга.

Встроенное в устройство программное обеспечение собирает статистические данные о том, сколько энергии пользователь затрачивает при движении, что позволяет контролировать лечение. Робот указывает, что делают мышцы, а что производится усилиями гидравлической системы.

MAX SuitX

Устройство для снижения нагрузки на спину, за счет дублирования опорно-двигательного аппарата в виде металлической конструкции. Аналогичных экзоскелетов на рынке много – они востребованы на предприятиях, складах, используются в основном грузчиками.

max-suitx-1

Устройство осуществляет полезную работу только в то время, когда грузчик берет тяжелую ношу и начинает ее поднимать. При отсутствии нагрузок, установка висит на пользователе в деактивированном положении, поэтому никакой дополнительной энергии и бесполезных ее затрат не производится.

Устройства-ассистенты производят многие крупные компании, например, Panasonic. Силовые экзоскелеты этой категории имеют в названии приставку «Suit».

HAL

Одна из последних разработок, отличающаяся от аналогов роботизированной системой управления. Экзоскелет HAL значительно повышает возможности пользователя, а также помогает инвалидам самостоятельно начать передвигаться.

Экзоскелет HAL
HAL «учит» парализованного пациента воспринимать вторичные биоэлектрические импульсы

Управление роботизированным костюмом осуществляется при помощи нервных импульсов, которые человек подает к мышцам через мозг. Экзоскелет способен воспринимать эти сигналы, даже в условиях, когда организм пользователя этого не умеет делать.

Первый прототип устройства был представлен публике в 1997 году, но разработка и модернизация экзокостюма ведется и по сей день.

Сколько стоит экзоскелет

Главная задача, которую должен решить производитель – это снижение массы устройства. Именно большой вес экзоскелетов не позволил им стать популярными в прошлом веке и не дает развиваться в 21-м. Чтобы снизить массу костюма, изобретатели используют в конструкции редкие материалы, из-за которых и формируется огромная стоимость экзоскелета.

Реабилитационные и медицинские экзоскелеты можно приобрести за цену от 1 миллиона рублей. Самые доступные модели этой категории имеют такую цену:

  1. ExoLite P (Реабилитационный) – 3.5 млн рублей.
  2. ReWalk (Ортопедический) – 6.4 млн рублей.
  3. REX (Реабилитационный) – 9,48 млн рублей.
  4. ЭкзоАтлет (Реабилитационный) – 3.6 млн рублей.

Силовые устройства для грузчиков имеют меньшую цену, так как принцип работы экзоскелета для предприятий отличается от медицинских аналогов. В них реализованы простые технологические решения, при небольшом размере – они значительно помогают при нагрузках. Например, ассистента для погрузки «Muscle Suit» можно купить за 400 тысяч рублей.

Существует возможность приобретать экзоскелеты для цеха, склада или производства в рассрочку либо брать устройство в аренду. Костюм улучшает рабочий процесс, повышает эффективность сотрудников.

Как и подобает инновационным разработкам, первоначально экзоскелеты предназначались для использования военнослужащими, но постепенно перекочевали в медицину и на производство. В будущем следует ожидать развития вектора разработок и готовиться к внедрению экзо-устройств в общественную и бытовую жизнь.

future2day.ru