Eksoskeleton
Walaupun semakin banyak kedengaran tentang exoskeleton sejak kebelakangan ini, ternyata sejarah ciptaan ini kembali ke abad kesembilan belas. Ketahui bagaimana ia telah berubah selama beberapa dekad dan rupa titik perubahan dalam evolusinya.
1. Ilustrasi daripada paten Nikolai Yagn
1890 – Idea inovatif pertama untuk mencipta exoskeleton bermula pada abad ke-1890. Pada tahun 420179, Nicholas Yagn telah dipatenkan di Amerika Syarikat (paten No. US XNUMX A) "Peranti untuk memudahkan berjalan, berlari dan melompat" (1). Ia adalah perisai yang diperbuat daripada kayu, yang tujuannya adalah untuk meningkatkan kelajuan seorang pahlawan semasa perarakan sejauh beberapa kilometer. Reka bentuk menjadi sumber inspirasi untuk mencari penyelesaian yang optimum.
1961 - Pada tahun 60-an, General Electric, bersama sekumpulan saintis dari University of Comell, mula bekerja pada penciptaan sut elektro-hidraulik yang menyokong senaman manusia. Kerjasama dengan tentera dalam projek Pembesaran Lelaki membawa kepada pembangunan Hardiman (2). Matlamat projek itu adalah untuk mencipta sut yang meniru pergerakan semula jadi seseorang, membolehkan dia mengangkat objek seberat hampir 700 kg. Saman itu sendiri mempunyai berat yang sama, tetapi berat ketara hanya 20 kg.
2. Penukar haba prototaip General Electric
Walaupun kejayaan projek itu, ternyata kegunaannya adalah diabaikan, dan salinan awal akan mahal. Pilihan mobiliti terhad dan sistem kuasa yang kompleks akhirnya menyebabkan peranti ini tidak dapat digunakan. Semasa ujian, ternyata Hardiman hanya boleh mengangkat 350 kg, dan dengan penggunaan yang berpanjangan mempunyai kecenderungan untuk berbahaya, pergerakan tidak selaras. Dari perkembangan lanjut prototaip, hanya satu lengan yang ditinggalkan - peranti itu mempunyai berat kira-kira 250 kg, tetapi ia sama tidak praktikalnya seperti exoskeleton sebelumnya.
70-an. “Disebabkan saiz, berat, ketidakstabilan dan masalah kuasanya, Hardiman tidak pernah dikeluarkan, tetapi Man-Mate industri menggunakan beberapa teknologi dari tahun 60-an. Hak untuk teknologi itu dibeli oleh Western Space and Marine, yang diasaskan oleh salah seorang jurutera GE. Produk ini telah dibangunkan lagi dan hari ini wujud dalam bentuk lengan robot besar yang boleh mengangkat sehingga 4500 kg menggunakan maklum balas daya, menjadikannya sesuai untuk industri keluli.
3. Exoskeletons dibina di Institut Mihailo Pupin di Serbia.
1972 – Exoskeleton aktif awal dan robot humanoid dibangunkan di Institut Mihailo Pupin di Serbia oleh kumpulan yang diketuai oleh prof. Miomir Vukobratovich. Pertama, sistem pergerakan kaki telah dibangunkan untuk menyokong pemulihan orang yang mengalami paraplegia (3). Apabila membangunkan exoskeleton aktif, institut itu juga membangunkan kaedah untuk menganalisis dan mengawal gaya berjalan manusia. Sebahagian daripada kemajuan ini telah menyumbang kepada pembangunan robot humanoid berprestasi tinggi hari ini. Pada tahun 1972, eksoskeleton pneumatik aktif dengan pengaturcaraan elektronik untuk kelumpuhan anggota bawah telah diuji di klinik ortopedik di Belgrade.
1985 “Seorang jurutera di Los Alamos National Laboratory sedang membina exoskeleton yang dipanggil Pitman, perisai kuasa untuk pasukan infantri. Kawalan peranti itu berdasarkan sensor yang mengimbas permukaan tengkorak, diletakkan dalam topi keledar khas. Memandangkan keupayaan teknologi pada masa itu, ia adalah reka bentuk yang terlalu rumit untuk dihasilkan. Had itu terutamanya kuasa pengkomputeran komputer yang tidak mencukupi. Di samping itu, memproses isyarat otak dan menukarnya kepada pergerakan eksoskeleton secara teknikalnya masih mustahil pada masa itu.
4. Exoskeleton Lifesuit, direka oleh Monty Reed.
1986 — Monty Reed, askar Tentera AS yang patah tulang belakangnya semasa terjun udara, membangunkan eksoskeleton sut kelangsungan hidup (4). Dia diilhamkan oleh huraian sut infantri mudah alih dalam novel fiksyen sains Robert Heinlein Starship Troopers, yang dibacanya semasa menjalani pemulihan di hospital. Walau bagaimanapun, Reed tidak mula bekerja pada perantinya sehingga tahun 2001. Pada tahun 2005, beliau menguji prototaip 4,8 sut menyelamat dalam perlumbaan Hari St. Patrick di Seattle, Washington. Pemaju mendakwa telah menetapkan rekod kelajuan berjalan dalam sut robot, memecahkan 4 kilometer pada kelajuan purata 14 km/j. Prototaip Lifesuit 1,6 mampu pergi sejauh 92 km dengan cas penuh dan dibenarkan untuk mengangkat XNUMX kg.
1990-sekarang - Prototaip pertama exoskeleton HAL telah dicadangkan oleh Yoshiyuki Sankai (5), prof. Universiti Tsukuba. Sankai menghabiskan tiga tahun - dari 1990 hingga 1993 - mengenal pasti neuron yang mengawal pergerakan kaki. Dia dan pasukannya mengambil masa empat tahun lagi untuk membuat prototaip peralatan. Prototaip HAL ketiga, dibangunkan pada awal abad ke-22, disambungkan ke komputer. Bateri itu sendiri mempunyai berat hampir 5 kg, yang menjadikannya sangat tidak praktikal. Sebaliknya, model HAL-10 terkemudian hanya seberat 5 kg, dengan bateri dan komputer kawalan melilit pinggang pengguna. HAL-XNUMX kini merupakan exoskeleton perubatan empat anggota (walaupun versi anggota bawah sahaja juga tersedia) yang dikeluarkan oleh syarikat Jepun Cyberdyne Inc. dengan kerjasama Universiti Tsukuba.
5. Profesor Yoshiyuki Sankai mempersembahkan salah satu model eksoskeleton.
Berfungsi kira-kira 2 jam 40 minit di dalam dan di luar. Membantu mengangkat objek berat. Lokasi kawalan dan pemacu dalam bekas di dalam kes itu memungkinkan untuk menyingkirkan "ransel" yang menjadi ciri kebanyakan eksoskeleton, kadang-kadang menyerupai serangga besar. Orang yang mempunyai tekanan darah tinggi, osteoporosis dan sebarang penyakit jantung harus berunding dengan doktor sebelum menggunakan HAL, dan kontraindikasi termasuk, tetapi tidak terhad kepada, perentak jantung dan kehamilan. Sebagai sebahagian daripada program HAL FIT, pengilang menawarkan kemungkinan menggunakan sesi rawatan dengan exoskeleton untuk orang yang sakit dan sihat. Pereka bentuk HAL mendakwa bahawa peringkat peningkatan seterusnya akan memberi tumpuan kepada mencipta sut nipis yang akan membolehkan pengguna bergerak dengan bebas dan juga berlari.
2000 - prof. Homayoun Kazeruni dan pasukannya di Ekso Bionics sedang membangunkan Universal Human Cargo Carrier, atau HULC (6) ialah exoskeleton tanpa wayar dengan pemacu hidraulik. Tujuannya adalah untuk membantu askar tempur membawa beban seberat sehingga 90 kg untuk masa yang lama, dengan kelajuan maksimum 16 km / j. Sistem ini telah diumumkan kepada orang ramai pada Simposium Musim Sejuk AUSA pada 26 Februari 2009, apabila perjanjian pelesenan dicapai dengan Lockheed Martin. Bahan dominan yang digunakan dalam reka bentuk ini ialah titanium, bahan yang ringan tetapi agak mahal dengan sifat mekanikal dan kekuatan yang tinggi.
Exoskeleton dilengkapi dengan cawan sedutan yang membolehkan anda membawa objek seberat sehingga 68 kg (alat angkat). Kuasa dibekalkan daripada empat bateri litium-polimer, yang memastikan operasi normal peranti pada beban optimum sehingga 20 jam. Exoskeleton telah diuji dalam pelbagai keadaan pertempuran dan dengan pelbagai beban. Selepas beberapa siri percubaan yang berjaya pada musim gugur 2012, dia dihantar ke Afghanistan, di mana dia diuji semasa konflik bersenjata. Walaupun banyak ulasan positif, projek itu ditangguhkan. Ternyata, reka bentuk menyukarkan untuk melakukan pergerakan tertentu dan sebenarnya meningkatkan beban pada otot, yang bercanggah dengan idea umum penciptaannya.
2001 – Projek Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX), yang pada asalnya bertujuan terutamanya untuk tentera, sedang dijalankan. Dalam rangka kerjanya, keputusan yang menjanjikan telah dicapai dalam bentuk penyelesaian autonomi yang mempunyai kepentingan praktikal. Pertama sekali, peranti robotik dicipta, dipasang pada bahagian bawah badan untuk memberikan kekuatan tambahan pada kaki. Peralatan ini dibiayai oleh Agensi Projek Penyelidikan Lanjutan Pertahanan (DARPA) dan dibangunkan oleh Makmal Robotik dan Kejuruteraan Manusia Berkeley, sebuah bahagian di Universiti California, Jabatan Kejuruteraan Mekanikal Berkeley. Sistem exoskeleton Berkeley memberikan askar keupayaan untuk membawa beban yang besar dengan usaha yang minimum dan di atas sebarang jenis rupa bumi, seperti makanan, peralatan menyelamat, peti pertolongan cemas, komunikasi dan senjata. Sebagai tambahan kepada aplikasi ketenteraan, BLEEX sedang membangunkan projek awam. Makmal Robotik dan Kejuruteraan Manusia sedang menyelidik penyelesaian berikut: ExoHiker - exoskeleton yang direka khas untuk ahli ekspedisi di mana terdapat keperluan untuk mengangkut peralatan berat, ExoClimber - peralatan untuk orang mendaki bukit tinggi, Medical Exoskeleton - exoskeleton untuk orang kurang upaya keupayaan fizikal. gangguan mobiliti anggota bawah.
8. Prototaip Sarcos XOS 2 sedang beraksi
teks itu
2010 – XOS 2 muncul (8) ialah kesinambungan exoskeleton XOS daripada Sarcos. Pertama sekali, reka bentuk baharu telah menjadi lebih ringan dan lebih dipercayai, membolehkan anda mengangkat beban seberat sehingga 90 kg secara statik. Peranti menyerupai cyborg. Kawalan adalah berdasarkan tiga puluh penggerak yang bertindak seperti sendi buatan. Exoskeleton mengandungi beberapa sensor yang menghantar isyarat kepada penggerak melalui komputer. Dengan cara ini, operasi lancar dan berterusan berlaku, dan pengguna tidak merasakan sebarang usaha yang ketara. Berat XOS ialah 68 kg.
2011-sekarang – Pentadbiran Makanan dan Dadah AS (FDA) meluluskan eksoskeleton perubatan ReWalk (9). Ia adalah sistem yang menggunakan elemen kekuatan untuk menguatkan kaki dan membolehkan penghidap lumpuh berdiri tegak, berjalan dan menaiki tangga. Tenaga disediakan oleh bateri beg galas. Kawalan dijalankan menggunakan alat kawalan jauh mudah dipegang tangan yang mengesan dan membetulkan pergerakan pengguna. Keseluruhannya direka oleh Amit Goffer dari Israel dan dijual oleh ReWalk Robotics Ltd (asalnya Argo Medical Technologies) pada harga sekitar PLN 85. dolar.
9 Orang Berjalan Dalam ReWalk Exoskeletons
Pada masa dikeluarkan, peralatan itu tersedia dalam dua versi - ReWalk I dan ReWalk P. Yang pertama digunakan oleh institusi perubatan untuk tujuan penyelidikan atau terapeutik di bawah pengawasan profesional perubatan. ReWalk P bertujuan untuk kegunaan peribadi oleh pesakit di rumah atau di kawasan awam. Pada Januari 2013, versi terkini ReWalk Rehabilitation 2.0 telah dikeluarkan. Ini meningkatkan kesesuaian untuk orang yang lebih tinggi dan menambah baik perisian kawalan. ReWalk memerlukan pengguna menggunakan tongkat. Penyakit kardiovaskular dan kerapuhan tulang disebut sebagai kontraindikasi. Hadnya juga pertumbuhan, dalam lingkungan 1,6-1,9 m, dan berat badan sehingga 100 kg. Ini adalah satu-satunya exoskeleton di mana anda boleh memandu kereta.
10. Ex Bionics eLEGS
2012 Ekso Bionics, dahulunya dikenali sebagai Berkeley Bionics, memperkenalkan exoskeleton perubatannya. Projek ini bermula dua tahun lebih awal dengan nama eLEGS (10), dan bertujuan untuk pemulihan orang yang mempunyai tahap lumpuh yang berbeza-beza. Seperti ReWalk, pembinaannya memerlukan penggunaan tongkat. Bateri membekalkan tenaga untuk sekurang-kurangnya enam jam penggunaan. Set Exo berharga lebih kurang 100 ribu. dolar. Di Poland, projek eksoskeleton Ekso GT, peranti perubatan yang direka untuk bekerja dengan pesakit saraf, diketahui. Reka bentuknya membolehkan berjalan kaki, termasuk orang selepas strok, kecederaan saraf tunjang, pesakit dengan multiple sclerosis atau sindrom Guillain-Barré. Peralatan boleh beroperasi dalam beberapa mod berbeza, bergantung pada tahap disfungsi pesakit.
2013 – Mindwalker, projek exoskeleton yang dikawal minda, menerima pembiayaan daripada Kesatuan Eropah. Reka bentuk ini adalah hasil kerjasama antara saintis dari Universiti Percuma Brussels dan Yayasan Santa Lucia di Itali. Para penyelidik menguji cara yang berbeza untuk mengawal peranti - mereka percaya bahawa antara muka otak-neuro-komputer (BNCI) berfungsi dengan baik, yang membolehkan anda mengawalnya dengan pemikiran. Isyarat melepasi antara otak dan komputer, memintas saraf tunjang. Mindwalker menukar isyarat EMG, iaitu potensi kecil (dipanggil myopotentials) yang muncul pada permukaan kulit seseorang apabila otot bekerja, kepada arahan pergerakan elektronik. Exoskeleton agak ringan, beratnya hanya 30 kg tanpa bateri. Ia akan menyokong orang dewasa dengan berat sehingga 100 kg.
2016 – Universiti Teknikal ETH di Zurich, Switzerland, menganjurkan pertandingan sukan Cybathlon pertama untuk orang kurang upaya menggunakan robot bantuan. Salah satu disiplin adalah perlumbaan exoskeleton pada laluan berhalangan untuk orang yang lumpuh pada bahagian bawah kaki. Dalam demonstrasi kemahiran dan teknologi ini, pengguna exoskeleton terpaksa melakukan tugas seperti duduk di atas sofa dan bangun, berjalan di cerun, memijak batu (seperti ketika menyeberangi sungai gunung yang cetek), dan menaiki tangga. Ternyata tiada siapa yang dapat menguasai semua latihan, dan pasukan terpantas mengambil masa lebih daripada 50 minit untuk menamatkan larian berhalangan 8 meter. Acara seterusnya akan berlangsung pada tahun 2020 sebagai penunjuk perkembangan teknologi eksoskeleton.
2019 – Semasa demonstrasi musim panas di Pusat Latihan Komando di Lympston, UK, Richard Browning, pencipta dan Ketua Pegawai Eksekutif Gravity Industries, mempamerkan sut jet eksoskeleton Daedalus Mark 1nya, yang memberi kesan besar kepada tentera, dan bukan sahaja British. Enam enjin jet kecil - dua daripadanya dipasang di belakang dan dua dalam bentuk pasangan tambahan pada setiap lengan - membolehkan anda mendaki ke ketinggian sehingga 600 m. Setakat ini, bahan api hanya mencukupi untuk 10 minit penerbangan...
