Bionic Humans Exoskeleton Technology redefinește limitele

În Edge de mâine, un film de science fiction, apreciat de critici, lansat în această vară, soldații luptă împotriva străinilor cu exoskeletonuri care le îmbunătățesc puterea, viteza și agilitatea. Pe ecranul de argint, alături de explozii și dușmani din alte lumi, ideile par a fi o invenție de la Hollywood - dar este mai aproape de realitate decât credeai.

Exoskeletonul a fost în curs de cercetare de peste un secol, rezultând într-o serie de prototipuri viabile. În mod surprinzător, totuși, ele se concentrează mai puțin pe puterea super-umană și mai mult pe îmbunătățirea rezistenței și a calității vieții. Cercetătorii din domeniu văd viitoarele 4 tehnologii care ar putea schimba lumea 4 Tehnologiile care ar putea schimba lumea Acum este un moment atât de interesant de a fi în viață, știința și tehnologia înrăutățește omenirea în fața unor astfel de rate incredibile. Cine ar fi crezut acum zece ani că vom avea acces la o singură atingere ... Citiți mai mult ca un maraton în loc de un sprint.

Exo-Istoric

Exoskeletonul uman a apărut în povestirile science-fiction din anii 1950, dar primul exoschelet real a fost inventat de peste jumătate de secol mai devreme de inventatorul rus Nicholas Yagn. În ciuda țării sale de reședință, el a decis să depună un brevet la Oficiul de Brevete al Statelor Unite în 1890. El și-a descris invenția ca fiind:

[...] un număr de arcuri adaptate pentru a susține greutatea întregului corp și pentru a stoca și a acumula puterea exercitată de acesta, împreună cu puterea exercitată de impulsul unei asemenea greutăți când este în mișcare. - Nicholas Yagn, inventator

Exoschetul său a fost folosit de asemenea “acumulatori cu lichid comprimat” pentru a stoca energia. Potrivit lui Nicholas, invenția sa le-a oferit utilizatorilor o mobilitate mai bună și a redus tensiunea de a alerga și a sări pe corp. Ne pare rău, fanii punk-ului; aceasta nu era o mașină de moarte cu unelte.

Primul exoskeleton alimentat, numit Hardiman, a fost dezvoltat de General Electric la sfârșitul anilor 1960. Massive și brutish, costumul arăta mult ca și cum ar fi costumele de luptă masive, concepute de autori sci-fi. Acesta a fost conceput pentru a amplifica substanțial puterea unui utilizator, dar inventatorii acestuia nu au completat niciodată complet controalele și cerințele de alimentare. După cum se menționează în raportul final al proiectului:

Problema interfeței om-mașină în prototipul Hardiman I a fost una gravă. Câștigul de putere mare, complexitatea sistemului multi-articulat și cuplarea intimă dintre om și mașină au impus numeroase constrângeri de proiectare și au făcut cerințe mari asupra tehnologiei existente.

Eșecul lui Hardiman a demonstrat dificultatea extremă de a dezvolta un exoschelet cu tehnologia acelei ere. O altă încercare nu a fost făcută până la începutul anilor 1990, când cercetătorii de la Kawasaki au început să lucreze la Power Assist Suit, un exoschelet conceput pentru a ajuta profesioniștii din domeniul medical să se mute pacienți imobiliari.

O explozie de dezvoltare nouă a avut loc după începutul secolului. Compania japoneză Cyberdyne a introdus conceptul de exoschelet HAL-3, Berkeley a dezvoltat un exoskeleton de corp inferior numit Bleex pentru a ajuta soldații să transporte încărcături grele pe distanțe lungi, iar Honda a pus împreună o pereche de exoscheleturi de corp inferioare destinate persoanelor parțial mobile, trestie sau walker.

Powering Up

Proiectul Hardiman care a eșuat este tipul de costum pe care majoritatea oamenilor îl gândesc atunci când i se spune să-și imagineze un exoschelet. Mulți dintre noi amintesc imagini din ficțiune, cum ar fi celebrul exoschelet pilotat de Sigourney Weaver (sau mai degrabă, cascadorul ascuns în spatele ei) în Străinii.

Un exoschelet masiv poate cu siguranță să vadă un public, dar utilizarea sa practică este limitată. Bateriile încă nu dispun de rezistența necesară pentru alimentarea unei mașini bete pentru perioade lungi de timp, iar un exoschelet mare nu face prea mult un stivuitor, macaraua sau alt vehicul care nu poate fi deja atins. Exoschemele moderne se concentrează pe îmbunătățirea oamenilor în moduri practice, care pot fi utile în fiecare zi într-o varietate de situații.

Unul dintre cele mai recente modele este Universal Human Load Carrier, sau HULC, un exoschelet militar proiectat de Lockheed-Martin pentru a spori foarte mult capacitățile fizice ale soldaților. Ideea de bază, după cum afirmă managerul de program Jim Ni și detaliată într-un comunicat de presă al companiei, este de a spori rezistența și rezistența, reducând, de asemenea, riscul de rănire.

Acesta [HULC] permite soldaților să facă lucruri pe care nu le pot face astăzi, ajutând în același timp să le protejeze de leziunile musculo-scheletice. - Jim Ni, manager de program HULC

Asta nu sună mult diferit de beneficiile pe care le-a revendicat Nicholas Yagn pentru exoscheletul său de peste un secol în urmă, dar tehnologia modernă înseamnă că cercetătorii pot înțelege mai bine ideea. HULC poate ajuta soldații să transporte încărcături de până la 200 de kilograme pe terenuri diferite, reducând în același timp riscul de răniri care ar putea încetini un soldat în câmp. Bateriile de putere exoskeleton, care cântărește peste cincizeci de lire sterline, iar viața poate prelungi până la 72 de ore cu echipament special.

Dar Lockheed-Martin nu este singura companie din acest domeniu. Raytheon a petrecut ultimii opt ani în curs de dezvoltare XOS, care speră să umple același rol ca HULC. Spre deosebire de competitor, XOS acoperă o parte substanțială a corpului inferior și superior al utilizatorului. Inventatorii săi citează o capacitate de încărcare similară de cel puțin 200 de kilograme, însă sporirea rezistenței se extinde la brațele care pot suporta până la 50 de lire sterline cu puțin efort.

Nu doar pentru soldați

În Japonia, între timp, Cyberdyne a continuat să dezvolte exoscheletul său HAL-5. Spre deosebire de colegii săi americani, acest dispozitiv este construit pentru utilizare civilă, mai degrabă decât militară. Compania studiază mai multe modele pentru a fi utilizate de lucrătorii industriali, personalul medical și profesioniștii din domeniul medical.

Un model cu membre inferioare conceput pentru a ajuta la reabilitarea persoanelor cu probleme legate de mobilitate legate de prejudiciu a fost aprobat pentru utilizare în Europa și este utilizat în studiile clinice. Primul proces, finalizat în luna aprilie a acestui an, sugerează că exoscheletul oferă o “îmbunătățire semnificativă” la mobilitate atunci când este purtat și, de asemenea, cu timpul, îmbunătățește capacitatea aceluiași pacient de a se mișca fără exoscheletul. Doar opt pacienți au făcut parte din studiu, însă trebuie depuse mai multe eforturi pentru a confirma beneficiile HAL.

Un alt exoskeleton civil care primește atenția este Rewalk, un exoschelet de corp inferior care se potrivește unui rol similar HAL. Rewalk utilizează motoare pentru picioare cu putere redusă pentru a ajuta la mobilitate oferind în același timp o durată totală de viață a bateriei. Spre deosebire de HAL, Rewalk trebuie folosit cu bastoane, dar este și mai departe în dezvoltarea sa și a fost aprobat în mai multe țări. Programul Rewalk poate fi utilizat pentru reabilitare sau poate fi achiziționat pentru uz personal ca alternativă la un scaun cu rotile sau un scooter cu motor.

Bateriile nu sunt incluse

FORTIS, care tocmai a început testarea în acest an, este cel mai nou exoskeleton al lui Lockheed-Martin. Deși prima rundă de testare este condusă de marină, acest exoschelet, spre deosebire de HULC, este destinat doar pentru uz civil. Îmbunătățește corpul utilizatorului, reducând efortul de a manevra uneltele grele Mecanica navei este adesea folosită pentru a repara navele.

Prin purtarea exoscheletului FORTIS, operatorii pot menține greutatea acelor unelte grele pentru perioade lungi de timp cu oboseală redusă. - Adam Miller, directorul noilor inițiative, Lockheed-Martin

În timp ce îi lipsesc bateriile, FORTIS are abilități impresionante. Acesta poate ajuta utilizatorii să dețină până la 36 de lire sterline “fără efort.” Poate că la început nu suna prea mult, dar nu uitați că mecanicii folosesc astfel de unelte ore în fiecare zi. Orice greutate substanțială poate deveni obositoare după câteva minute. Exoskeletonul ajută și la transferul acestor sarcini la pământ, reducând efortul asupra spatelui și picioarelor utilizatorului.

Acest tip de exoschelet, în cazul în care se va dovedi de succes, ar putea fi un avantaj major pentru lucrătorii din construcții și industriali, care trebuie să ridice încărcări modeste în mod repetat pe tot parcursul zilei. Riscurile legate de muncă sunt încă comune în aceste domenii și, în timp, pot reduce considerabil calitatea vieții pentru veteranii din aceste domenii.

Lipsa puterii de către FORTIS reduce, de asemenea, complexitatea și costurile, făcând ideea mai plăcută pentru desfășurarea pe scară largă. Cu toate acestea, FORTIS este încă foarte devreme în dezvoltarea sa; a fost anunțată pentru prima oară luna trecută. Cele mai multe alte proiecte de exoskeleton au fost în curs de dezvoltare de ani de zile, iar în unele cazuri de zeci de ani, astfel încât acest proiect încă mai are un mod de a merge.

Încă om, dar mai bine

Accentul exoscheletului modern sa mutat de la sporirea rezistenței și a vitezei la sporirea rezistenței. În acest sens, obiectivul nu este să ne facă mai repede sau mai puternic decât înainte, ci să ne facem mai durabili și să ne îmbunătățim calitatea vieții. Deși nu este plin de farmec, această abordare are sens; am cucerit ridicarea încărcăturilor grele cu stivuitorul.

Leziunile și epuizarea, totuși, sunt dușmani pe care încă nu le-am învins. Un soldat obosit și rănit este probabil să-și încetinească întreaga unitate și este mai puțin capabil să răspundă amenințărilor, iar o estimare estimată la 2013 pentru costurile de vătămare la locul de muncă este de până la 250 miliarde USD anual numai în Statele Unite. Reducerea tulpinii și creșterea rezistenței pot beneficia pe toți cei din infanterie în lupta cu lucrătorii din domeniul asistenței medicale care se deplasează între pacienți, astfel încât probabil vom vedea că exoschemele continuă această nouă abordare în deceniul următor. Exoskeletonii nu ne vor da putere super-umană sau viteză aprinsă - cel puțin nu în curând. Dar ele ne vor ajuta să trăim o viață mai lungă și mai bună Cum tehnologia poate influența evoluția umană Cum tehnologia poate influența evoluția umană Nu există un singur aspect al experienței umane care nu a fost atins de tehnologie, inclusiv de corpurile noastre. Citeste mai mult .

Credit de imagine: Lockheed-Martin, Cyberdyne

Explorați mai multe despre: Tehnologia Bionic.