Ремонт экзоскелетов

Экзоскелеты — это носимые устройства, которые улучшают или поддерживают движения человека посредством механического взаимодействия. Они служат различным целям, включая медицинские (реабилитация и помощь), профессиональные (снижение травматизма и повышение эффективности работы) и рекреационные (поддержка при физической активности). Экзоскелеты также можно классифицировать по частям тела или задачам, конструкции (жесткие или мягкие) и другим характеристикам.

Самые первые экзоскелеты, изобретенные Николаем Ягиным.

Ранние носимые устройства, которые по современным меркам можно считать экзоскелетами, разрабатывались в середине — конце XIX и начале XX веков, еще до появления термина «экзоскелет». Многие из этих ранних устройств назывались корсетами, поддержками, шагомерами или аппаратами. Они предназначались для улучшения осанки, подвижности и выполнения других физических задач, однако большинство из них существовали лишь в виде прототипов или концептов, не были коммерциализированы и не получили широкого распространения.

Одним из первых носимых экзоскелетов был пассивный жесткий аппарат, разработанный российским инженером Николаем Ягиным в июле 1889 года. Его цель заключалась в улучшении результатов при беге, ходьбе и прыжках. Другим экзоскелетом, разработанным в начале XX века, был мягкий экзокостюм с паровым приводом, созданный американским изобретателем Лесли Келли. Этот экзоскелет был направлен на повышение способности владельца к бегу путем передачи механической энергии на искусственно созданные связки, расположенные параллельно мышцам пользователя.

Развитие технологий экзоскелетов продолжалось в середине XX века, открывая новые возможности и ставя новые задачи по разработке носимых вспомогательных технологий как для аугментации, так и для реабилитации. Одним из наиболее заметных успехов в области технологий экзоскелетов в это время стало появление носимых стабилизаторов камер. Однако, поскольку в то время рынок экзоскелетов практически отсутствовал, технология развивалась обособленно, но получила успех и широкое распространение в 1970-х годах.

Схема с изображением оператора в прототипе Hardiman I.

В этот период также рассматривалось военное применение технологий экзоскелетов. В 1951 году Баллистическая исследовательская лаборатория (BRL) армии США инициировала исследования по созданию силового экзоскелета для помощи солдатам. К 1963 году исследователь BRL С. Зарудный подготовил проект прототипа такого экзоскелета. Однако остается неясным, был ли этот прототип когда-либо воплощен в жизнь из-за инженерных сложностей, связанных с его разработкой.

В 1960-х годах Вооруженные силы США и компания General Electric совместно разработали еще один проект экзоскелета под названием Hardiman I. Этот экзоскелет приводился в действие гидромеханической двусторонней сервосистемой, которая должна была увеличивать силу пользователя в 25 раз. Это означало, что подъем груза весом 110 кг ощущался бы как подъем 4,5 кг, при этом аппарат мог поднимать предметы весом до 340 кг. У Hardiman I была функция обратной связи по усилию, позволявшая пользователю чувствовать силу и объекты, с которыми он работает. Однако у Hardiman I имелись различные конструктивные недостатки, из-за которых проект был признан неудачным. Любая попытка использования экзоскелета в полном сборе приводила к резким и неконтролируемым движениям, из-за чего исследователи опасались включать машину с человеком внутри. Кроме того, помимо проблем с эксплуатацией, Hardiman I весил 680 кг, а функция обратной связи работала не так, как планировалось, что приводило к разрушению объектов, с которыми взаимодействовал аппарат.

Схема, показывающая конструктивные особенности экзоскелета Pitman.

Технология экзоскелетов продолжала развиваться в 1980-х и 1990-х годах, служа экспериментальной базой для создания исследовательских прототипов. Одним из примечательных концептов был Pitman, разработанный Лос-Аламосской национальной лабораторией. Pitman представлял собой силовой «бронекостюм» весом 227 кг, предназначенный в основном для пехоты для использования в конфликтах низкой интенсивности и контртеррористических операциях. Он имел броню из композита стекловолокна, полимера и керамики, а также сенсоры для считывания мозговых сигналов в шлеме, которые управляли костюмом. Однако Pitman так и не вышел из стадии первоначального концепта из-за своей сложности и непрактичности в то время.

В области реабилитации были достигнуты значительные успехи. Одним из примеров является экзоскелет Lifesuit — роботизированное реабилитационное устройство, предназначенное для помощи парализованным людям в выполнении терапевтических упражнений, направленных на восстановление подвижности и обучение ходьбе. В то время как первые модели Lifesuit были привязными, более поздние конструкции позволили сделать их более мобильными, что изобретатель Lifesuit Монти Рид использовал для участия в публичных дорожных забегах.

С 2000 года фокус в области экзоскелетов сместился и расширился, отчасти благодаря значительным достижениям в проектировании, внедрении и использовании. Внимание к роботизированным полнотелым экзоскелетам для аугментации, значительно повышающим показатели человека, уменьшилось в пользу более компактных и простых конструкций для конкретных целей. Современные экзоскелеты выступают в роли носимых инструментов и приносят пользу при выполнении ограниченных задач, например, для поддержки голеночной поддержки у пациентов после инсульта или поддержки плеч у рабочих на сборочных линиях.

В начале XXI века также появились новые категории экзоскелетов для рекреационных, исследовательских и образовательных целей. К ним относятся экзоскелеты, помогающие пользователям при ходьбе, беге, походах и даже катании на лыжах.

• Страница Википедии об экзоскелетах