Что такое экзоскелет и как он работает?
В мире технологических разработок почти каждый день происходят прорывы и внедряются новые технологии и устройства. Многие из них проходя долгий путь от идеи до окончательной реализации. Так же произошло и с концепцией экзоскелета, которая возникла несколько десятков лет назад. Сегодня же мы можем полноценно разобрать то, как работает экзоскелет, в каких областях ему нашли применение и историю развития это технологии. Понимание того. что подобные вещи начинают воплощаться в реальность, переходя со страниц фантастических рассказов в реальную жизнь, позволяет ощущать присутствие наступившего будущего уже сегодня.
Многие до сих пор не очень представляют себе, что костюм, позволяющий человеку двигаться почти без усилий, способный поставить на ноги даже парализованного, может существовать уже сегодня. Но не торопитесь отмахиваться, именно о таком костюме и пойдет речь в этой статье.
Что такое экзоскелет
Да, экзоскелет – это своеобразный «костюм» или устройство, которое способно увеличивать физические возможности человека, за счет особого строения каркаса. Приставка «экзо» в переводе с латыни означает внешний, то есть внешний скелет.
Внешний скелет принимает на себя основную нагрузку, которая воздействует на человека, тем самым поддерживая его и обеспечивая дополнительную силу, устойчивость, баланс,/strong>.
По официальным данным подобные действующие разработки сейчас имеются в Японии, США, Израиле и в России. Подробнее об одной из отечественных моделей рассказывается в статье «Экзоскелет «Ратник-3» – будущее пехоты армии РФ».
История создания экзоскелетов
В середине 20 века велась разработка экзоскелетов сразу в нескольких странах одновременно. Одними из первых, кто добился в этом успеха стала компания General Electric из Америке, а устройство получило название Hardiman. Конструкция была чрезвычайно объемной, громоздкой и охватывало все тело. Основное назначение Хардимана – помогать пользователю поднимать и переносить большие тяжести.
Принимая во внимание то, как устроен экзоскелет от Дженерал Электрик примерно в тоже время (60-70-е года 20 века) были разработаны экзоскелеты медицинского назначения: в институте Михайло Пупина в Сербии и в Университете Висконсин-Мэдисон в США. Однако в серийное производство технология была запущена только в начале двухтысячных и одной из первых моделей, помогающей восстанавливать двигательные функции человека был Lokomat.
Какие бывают?
Чтобы обеспечить удовлетворение потребностей в различных областях инженерами были созданы несколько типов экзоскелетов. В первую очередь они могут быть активными и пассивными по принципу работы. Не сложно догадаться, что активный экзоскелет имеет в своем строении предусмотренный элемент питания, за счет которого и происходит движение приводов. Сразу можно представить в качестве аналога костюм «Железного человека» из фантастической киновселенной Marvel. Устройства с электрическими приводами способны многократно увеличивать прилагаемую человеком силу.
Управление активным экзоскелетом может осуществляться за счет нескольких типов контроллеров:
- силового взаимодействия;
- крутящего момента/силы;
- положения.
Подача команд на сами контроллеры осуществляются за счет воздействия определенного набора движений. При любом изменении в показателях веса, нагрузки, положения, система реагирует соответствующими действиями.
В отличие от активных пассивные экзоскелеты не требуют источника дополнительного питания, а весь их принцип действия базируется на основных законах механики. За счет использования в конструкции рычагов и противовесов костюм распределяет нагрузку равномерно и снижает ее в среднем на 30%. На данный момент существуют персональные вспомогательные подъемные устройства и устройства возврата, которые не предусматривают возможность сгибания. Оба имеют раму, которая выполняет основную функцию поддержания и распределения нагрузки. Более подробно об особенностях тех и других моделей описано в статье «Чем отличается активный экзоскелет от пассивного?».
Также экзоскелеты делятся в зависимости от метода ношения:
- для рук;
- для ног;
- для коленных суставов;
- для спины.
Механизмы используются как самостоятельные вспомогательные устройства так и в качестве элементов целого костюма. В качестве примера можно привести комбинацию элементов для рук и спины, которые часто применяются операторами для ведения более чистой и качественной съемки.
Где применяются?
Эта уникальная и полезная разработка может применяться во многих сферах человеческой жизни, делая ее более комфортной, легкой и удобной. Области наиболее активного применения технологии следующие:
- Медицина. Поддерживающие каркасы необходимы тем пациентам, которые частично или полностью утратили возможность полноценно двигаться. Они также позволяют более успешно проводить реабилитационные мероприятия после тяжелых травм и заболеваний.
- Оборона. Она из наиболее насыщенных областей применения, в которой сосредоточено большое количество разнообразных моделей. Не стоит только сразу себе представлять неких универсальных солдат, способных выследить и истребить врага в любых условиях. Экзоскелеты применяются не только для проведения боевых действий но и в качестве вспомогательного оборудования во время спасательных и разведывательных миссий.
- Промышленность. В данной отрасли экзоскелеты применяются для осуществления работ, связанных с применением большой физической силы. То есть для погрузки/разгрузки различных тяжелых строительных материалов, на предприятиях тяжелой промышленности для управления некоторыми видами производства.
Как можно заметить применение экзоскелета оправдано во многих областях, поэтому ученые с большим азартом продолжают работу над технологией постоянно совершенствуя ее. Используя принцип того как работает экзоскелет инженеры наверняка смогут создать еще массу полезных устройств, делая жизнь человека более совершенной и безопасной.
