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

30.06.2016

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, пневмомышцы о 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

Смотрите связанные статьи Robo-педии:

  Публикации

Последние материалы


Метки
ai DARPA DIY (своими руками) DJI автомобили и роботы андроиды анималистичные антропоморфные Арт аэротакси безработица и роботы беспилотники бионика бытовые роботы вектор видео военные дроны военные роботы встречи выставки Греция группы дронов дайджест Дания доильные роботы домашние роботы доставка беспилотниками доставка и роботы дроны Европа железные дороги захваты игрушки Израиль ИИ Индия интервью интерфейсы инфоботы Ирак Иран искусственный интеллект история Италия Казахстан как заработать Канада киборгизация кино Китай коллаборативные роботы колонки коммунальное хозяйство компоненты конспекты конструкторы концепты кооперативные роботы космос курьезы курьеры Латвия линки логистика машинное обучение медицина медицина и роботы металлургия море и роботы мусор и роботы наземные военные роботы налоги научные роботы необычные Нидерланды Новая Зеландия Норвегия носимые роботы ОАЭ образование образовательная робототехника обучающие роботы общепит и роботы Объединенное Королевство онлайн-курсы робототехники охрана и беспилотники охрана и роботы патенты персональные роботы пищепром ПО подводные роботы подземные пожарные роботы полевые роботы Португалия право презентации пресс-релизы применение беспилотников применение дронов применение роботов прогнозы проекты производство дронов происшествия промышленные роботы противодействие беспилотникам работа развлечения и беспилотники развлечения и роботы распознавание речи растениеводство регулирование регулирование дронов регулирование робототехники рекорды рисунки робомех робомобили роботизация робототехника роботрендз роботренды роботы роботы и автомобили роботы и медицина роботы и море роботы и мусор роботы и обучение роботы и развлечения роботы и строительство роботы и уборка роботы телеприсутствия роботы-транспортеры робошум рой Россия Руанда сайт RoboTrends.ru сделки сельское хозяйство сенсоры сервисные роботы синтез речи склады и роботизация соревнования софт-роботика социальная робототехника социальные роботы спорт и дроны спорт и роботы строительство США телеприсутствие термины терроризм торговля транспорт транспортные роботы тренды трубопроводы и роботизация уборка и роботы Украина уличные роботы Франция хобби-беспилотники ховербайки Хождение чатбот шагающие роботы Швейцария Швеция шоу экзоскелеты эко-дроны экология электроника этика (робоэтика) Южная Корея юмор

Подписка: RSS, Email, Telegram
  Информация