Забудьте Железного человека! Облегающие как кожа костюмы - вот будущее силовых экзоскелетов

06.07.2016

Дети с редким нейрогенным заболеванием (мышечной атрофией) недавно получили возможность самостоятельно ходить - и всё благодаря силовым экзоскелетам. Устройства, которые по сути являются роботизированными конструкциями, сообщающими искуственные движения конечностям человека, стали все более обыденным способом помощи людям, потерявшим возможность ходить самостоятельно. Сегодняшние экзоскелеты - это, как правило, неуклюжие, тяжелые конструкции. Новые технологии могут помочь им стать легче и более подходящими для использования человеком. Совершенной конструкцией представляется, например, роботизированная кожа.  

Экзоскелеты разрабатываются с 60-х годов. Первый из них разрабатывали в США по заказу военных. Он представлял из себя громоздкий набор рычагов и гидравлики, и по-задумке должен был помочь поднимать тяжести весом более сотни килограммов. Практического применения конструкция, созданная General Electric совместно с американскими военными, так не получила. С тех пор появилось немало более эффективных разработок для верхних и нижних конечностей, которые позволяют людям увеличить силу, или учат вновь пользоваться своими конечностями, или являются способом управления роботом-аватаром за счет сенсорных или "тактильных" ("хаптических") технологий и обратной связи. HAL3, HAL5, H-LEX, Ekso, Fortis, Harmony, Honda WAD, ULC, Indego, AWN, XOS2, Phoenix, ReWALK, REX, Robo-Mate, Superflex, Talos и ExoAtlet - эти названия знакомы любому, кто интересовался темой. 

Типовой современный экзоскелет - это набор рычагов и сочленений, которые подгоняют под длину костей и расположение суставов пользователя. Рычаги прикрепляют ремешками к конечностям человека. При подаче питания на электроприводы в искуственных суставах, они приводят конструкцию (и пользователя) в движение. Управление процессом может брать на себя компьютер, например, если осуществляется движение в целях физиотерапии, либо управляющие сигналы считываются с мышц пользователя, а затем они преобразуются в последовательности команд для контроллеров, управляющих экзоскелетом. 

Тяжелые и болезненные

Несмотря на то, что разработки экзоскелетов идут уже полвека, они все еще не стали массово используемыми. Одна из основных причин состоит в том, что экзоскелет некомфортно использовать в течение долгого времени. Человеческое тело плохо приспособлены к взаимодействию с жесткими конструкциями "один размер подходит для всех". Некоторые экзоскелеты предусматривают подгон к параметрам пользователя, но если все сочленения конструкции не работают в полной гармонии с суставами человека, это может приводить к различным негативным последствиям, дискомфорту и боли. Да и жесткость каждой части экзоскелета удобств пользования им не добавляет. 

 

Экзоскелет Fortis 

Другая проблема, особенно характерная для экзоскелетов, предназначенных для верхней части тела - это их тяжесть. Причина того, что конструкции тяжелые, - это необходимость использования прочных материалов, способных выдерживать вес тела и мощных актуаторов, которые приводят в движения части экзоскелета. Современные конструкции к тому же проектировались без учета необходимости их использования в широком диапазоне температур или под дождем. В итоге большинство современных экзоскелетов можно носить в помещениях, но не на улице в реальных условиях окружающей среды. Не будем забывать и о не слишком эстетичном внешнем виде, который явно не слишком волновал дизайнеров (если дизайнеры вообще принимали участие в разработке того или иного экзоскелета). Так или иначе, но человек в современном экзоскелете выглядит, как правило, не слишком эстетично. И не надо вспоминать про "шашечки или ехать", в XXI веке нужно и возможно и то, и другое!

Чтобы сделать экзоскелеты более практичными и привлекательными, требуются серьезные инновации - экзоскелет будущего представляется скорее "второй кожей", чем-то вроде высотного компенсирующего костюма летчика, нежели чем неуклююжей конструкцией из металлических рычагов и противовесов. Да, современные экзоскелеты обычно строятся на основе тяжеленных электромоторов, но существуют и альтернативные сверхлегкие актуаторы, например, пневмомышцыо которых мы недавно писали или вот эти. Они способны развивать усилия, схожие с теми, что обеспечивают электромоторы, но при этом весят существенно меньше. "Мышцы" состоят из резиновой камеры, которая под давлением утолщается или удлинняется, создавая усилие, необходимое для того, чтобы привести части экзоскелета в движение. Несмотря на то, что используются легкие материалы, такие "мышцы" могут создать усилие, достаточное для подъема груза в сотню килограмм или более.

Софтроботика

Вот только даже легкие актуаторы пытаются присоединять к жесткой механической структуре, которая крепится к телу пользователя. Итоговый выигрыш в массе конструкции оказывается не столь большим. Есть и другой путь! В Центре Автономных систем и робототехники Университета Сэлфорда, Объединенное Королевство, ведутся разработки альтернативной конструкции  экзоскелета - с использованием "мягкой робототехники" (софтроботики).

Эта технология подразумевает использование конструкции из мягких современных материалов, которые способны выполнять те же задачи, что и традиционные жесткие конструкции из металла или пластика. Мягкие системы намного лучше подходят для использования в контакте с человеческим телом, к тому же они как правило в разы легче, поэтому даже при их контакте с телом, они как правило не могут вызывать повреждения или неприятные ощущения. 

Soft Robotic Exosuit from Wyss Institute on Vimeo.

Недавно в Центре был разработан актуатор новой конструкции (soft continuum actuator), который похож на хобот слона. В отличие от традиционного жесткого "сустава", если он встретит сопротивление в какой-то своей части, он все равно продолжит изгибаться по всей своей длине. Если оборудовать костюм, выполненный из плотного материала, наподобие кожи, такими приводами, получится мягкий экзоскелет, сгибающийся точно в тех же местах, где расположены суставы человека, одевшего этот костюм. Таким образом, типовой экзоскелет без каких-либо специальных настроек или подгонок смогут применять разные пользователи. Вдобавок конструкция почти ничего не весит, и ее можно рассматривать, скорее, как вид одежды, нежели, как мощное механическое сооружение, навешенное на человека.

Экзоскелеты постепенно становятся коммерчески доступными изделиями, и мы возможно будем видеть все большее их разнообразие в ближайшие годы. В 2012 году парализованная женщина Claire Lomas, благодаря экзоскелету, смогла пробежать Лондонский марафон. Но для того, чтобы эти изделия стали массовыми и удобными, требуются еще немалые инженерные усилия. В частности, кроме проблемы сокращения веса и ухода от чрезмерной жесткости конструкции, желательно также решить проблему энергии, чтобы человеку в экзоскелете не приходилось перемещаться от розетки к розетке, подзаряжая аккумуляторы конструкции каждые полчаса.  

Источник: theconversation.com

  Публикации

Последние материалы

Метки
AGV ai BVLOS DARPA DIY DIY (своими руками) DJI Lely pick-and-place RPA VTOL аватары авиация автоматизация автомобили автомобили и роботы автономные аддитивные технологии андроиды анималистичные АНПА антропоморфные Арт архитектура аэромобили аэропорты аэротакси безопасность безработица и роботы беспилотники бионика больницы будущее бытовые роботы вакансии вектор вертолеты видео внедрения роботов внутритрубная диагностика водородные военные военные дроны военные роботы встречи высотные выставки газ Германия глайдеры горнодобыча городское хозяйство господдержка гостиницы готовка еды Греция грузоперевозки группы дронов гуманоидные дайджест Дания доение роботизированное доильные роботы дом домашние роботы доставка доставка беспилотниками доставка и роботы дронизация дронопорты дроны Европа еда железные дороги животноводство жилище захваты земледелие игрушки идеи измерения Израиль ИИ ИИ - вкратце инвентаризация Индия Иннополис инспекция интервью интерфейсы инфоботы Ирак Иран искусственный интеллект испытания исследования история Италия Казахстан как заработать Канада квадрупеды кейсы киборгизация кино Китай коботы коллаборативные роботы колонки коммунальное хозяйство компании компоненты конкурсы конспекты конструкторы концепты кооперативные роботы космос культура курьезы курьеры лабораторные роботы Латвия лесоустройство лизинг линки логистика люди и роботы магазины машинное обучение медицина медицина и роботы металлургия мнения мобильные роботы мойка море морские мусор мусор и роботы навигация надводные наземные военные роботы налоги наука научные роботы необычные нефтегаз нефть Нидерланды Новая Зеландия Норвегия носимые роботы ОАЭ образование образовательная робототехника обучающие роботы общепит общепит и роботы общество Объединенное Королевство октокоптеры онлайн-курсы робототехники опрыскивание офисные охрана и беспилотники охрана и роботы парники патенты персональные роботы пищепром пляжи ПО подводные подводные роботы подземные пожарные пожарные роботы поиск полевые роботы полезные роботы полиция помощники Португалия порты последняя миля потребительские роботы почта право презентации пресс-релизы применение беспилотников применение дронов применение роботов прогнозы проекты производство производство дронов происшествия промышленность промышленные роботы противодействие беспилотникам псевдоспутники работа развлечения и беспилотники развлечения и роботы разработка распознавание речи растениеводство регулирование регулирование дронов регулирование робототехники рекорды рисунки робомех робомобили роботакси роботизация робототехника роботрендз роботренды роботы роботы и автомобили роботы и мусор роботы и обучение роботы и развлечения роботы и строительство роботы телеприсутствия роботы-транспортеры робошум рои рой Россия Руанда сад садоводство сайт RoboTrends.ru сбор урожая сборка заказов сварка связь сделки сельское хозяйство сенсоры сервисные роботы синтез речи склады склады и роботизация соревнования сортировка сотрудничество софт-роботика социальная робототехника социальные социальные роботы спорт спорт и дроны спорт и роботы спутниковая статистика строительство судовождение США такси телеком телеприсутствие теплицы теплосети термины терроризм тесты технологии техносказки торговля транспорт транспортные роботы тренды трубопроводы трубопроводы и роботизация уборка Украина уличные роботы участники рынка фотограмметрия Франция химия хобби-беспилотники ховербайки Хождение цифры частоты чатбот шагающие роботы Швейцария Швеция шоу экзоскелеты эко-дроны экология электроника энергетика этика (робоэтика) Южная Корея юмор Япония

Подписка: RSS, Email, Telegram
  Информация