Применение. Мощные экзоскелеты незаменимы в быстрой доставке снарядов зениток (самих зениток, ракет) на крышах по лестницам многоэтажных зданий

Мощные экзоскелеты незаменимы в быстрой доставке снарядов зениток (самих зениток, ракет) на крышах по лестницам многоэтажных зданий. В городских боях важна способность экзоскелетов нести броню (рикошетные пули, осколки, отраженные от стен ударные волны), тяжелые пулеметы, боезапас. Реализм ощущений оператора, безопасность окружающим дает малое усиление в работе экзоскелета с небольшим весом. Больше груз — больше усиление, чтоб поднять неподъемный человеку груз. После марш-броска на 60км с максимумом усиления солдат в экзоскелете идет в бой без усталости, солдат без экзоскелета от усталости небоеспособен. С 2004г в продаже 1-й в мире коммерческий экзоскелет «HAL»: работает 2,5ч, вес 23кг с верхними конечностями (15кг без них), поднимает руками 40кг, ногами 80кг, цена $4200, конструктор Есиюки Санкаи. Можно заказать посылкой из России.

«HAL» 1-й в мире бионический экзоскелет: слабые биотоки (0,1-0,7В) мышц на коже рук, ног человека электроусилителями (они включают приводы) двигают экзоскелет. В будущем ожидают экзоскелеты с нейроинтерфейсом: приводы экзоскелета двигают сигналы выходных (для мозга) нервных волокон, выходящих с соответствующих (по функциям) межпозвоночных отверстий (на уровне плеч, таза) позвоночника. Их снимут бесконтактные датчики с усилителями: они решат проблему отторжения электродов. Инвалиды в седле шагающего экзоскелета получат полноценную свободу передвижения, свободу работы руками, ногами. Сигналы датчиков силы (и тактильные сигналы искусственной кожи протеза кисти в экзоскелете) экзоскелета компьютер переведет в биоформат импульсов (нервных волокон рук, ног) мозга инвалида. В компьютере информация о биоформате (тестирование генератором импульсов) сигнала каждого нервного волокна, идущего в мозг. Сигналы датчиков экзоскелета в биоформате компьютер направит в соответствующие им входные (для мозга) нервные волокна рук, ног, входящие в соответствующие межпозвоночные отверстия (на уровне плеч, таза) позвоночника. Передача электросигнала на входные нервные волокна бесконтактно методом индуктивной или емкостной наводки серий СВЧ-импульсов (симуляция одиночного импульса нервного волокна) в входных нервных волокнах решит проблему отторжения электродов от нервных волокон. Инвазивный интерфейс «нервные волокна — экзоскелет», подключенный в стандартном радиодиапазоне к компьютеру экзоскелета инвалида, обеспечит задержку управления экзоскелетом по нормам безопасности движения. Требуемую физиологией (пользование экзоскелетом без обучения) человека задержку управления экзоскелетом не больше 0,1сек определяет частота опроса мозгом биологических датчиков процентного удлинения мышц человека 10Гц.

НИИ Института Механики МГУ дочерняя компания ЗАО «Экзороботикс» по госзаказу разрабатывает 1-й российский экзоскелет ЭкзоАтлет (ExoAtlet). Инженерная группа, разрабатывающая экзоскелет ExoAtlet, заявляет: помимо военного, аварийно-спасательного применения ExoAtlet будут использовать для реабилитации людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата. Публично представил его в действии (ноги) участник Паралимпийских игр 10 октября 2014г в Фестивале наук в Москве. Ожидаемой болельщиками отечественной разработки реализации обратной связи приводов экзоскелета с слабыми биотоками мышц на коже ног человека (как в «HAL»), или обратной связи привода с датчиками силы (давления) в зажимах ног, не оказалось. Только движение человека в экзоскелете по софту без прямого управления человеком + конечные выключатели выходов редукторов приводов вместо пропорциональных датчиков силы. Очевидно датой рождения отечественного экзоскелета будет день публичной демонстрации управляемой человеком обратной связи в ExoAtlet.

Научный фонд Швейцарии организует в Женеве 2016г Кибатлон (Cybatlon): олимпиада инвалидов в экзоскелетах. Награды для пилотов, разработчиков. Серийный выпуск экзоскелетов приведет к международным требованиям оснащать экзоскелеты подушками безопасности с датчиками; зеркалами заднего вида; располагать силовой каркас экзоскелета спереди (управление параллелограммными тягами или шкив-тросовыми механизмами), а не сзади пользователя, на случай если на полной скорости экзоскелет ударится о препятствие или споткнется, раздавит своей твердой массой сверху спины пользователя. С каркасом экзоскелета спереди человека передача экзоскелету сил, углов рук, ног человека без кинематических пропорций с экзоскелетом не влияет на кинематическую полнофункциональность экзоскелета. Неизбежны международные нормы задержки управления экзоскелетом по его массе, мощности, назначению. Экзоскелет XOS от Sarcos

В конце 2007 года компания Raytheon, занимающаяся, в основном, разработкой и созданием продуктов для оборонной сферы, купила Sarcos, но делу разработки экзоскелета это не помешало. Компания сейчас работает на заказ вооруженных сил США, с которыми заключен контракт на 10 миллионов долларов сроком на 2 года. Результаты недавно представили публике.

Принцип работы устройства такой же, как и у аналогичных устройств: сенсоры подают двигателям сигналы, действие каких мышц нужно сымитировать. Производительность человека-оператора экзоскелета таким образом усиливается в 20 раз.

На презентации оператор без какого-либо серьёзного напряжения таскал всякие тяжести, а также бродил по наклонной плоскости, бросался разными предметами и бил боксёрскую грушу. Особенно впечатляют физические упражнения с нагрузкой весом больше 90-килограммов - 500 повторов за один подход.

Среди недостатков аппарата на первом месте проблема источника питания - свободу передвижения ограничивает кабель, идущий от батареи, заряда которой хватает всего на полчаса работы. К тому же, аппарат с довольно большой задержкой реагирует на движения, что дает дополнительную нагрузку на мышцы человека.

Но исследователи работают над этими недостатками, и в скором времени следует ожидать выхода армейского экзоскелета на серийное производство, что станет огромным шагом вперед в техническом развитии человечества.

Российский экзоскелет «ExoAtlet»

В 2007 году в НИИ механики МГУ обратилось МЧС. Спасательному ведомству был нужен российский агрегат для облегчения проведения аварийно-спасательных работ — экзоскелет. Специальная конструкция для человеческого тела, позволяющая увеличивать возможности организма в несколько раз. Благодаря развитию современных технологий данная идея фантастов о сверхчеловеке нашла в настоящее время свое реальное воплощение. Данное направление активно развивается на Западе на протяжении последних лет, и российские инженеры решили не оставаться в стороне от этих процессов.

Экзоскелетом сегодня называют внешнюю систему каркасов, предназначенную для усиления мускульной силы человека или же специальной подъемной силы робота-андроида. Первоначально данное обозначение было взято из биологии, в котором оно означало внешний скелет у беспозвоночных. Данная технология в перспективе должна ликвидировать физические ограничения людей, а также различных механизмов.

В настоящее время основной сферой использования экзоскелетов выступают разработки в интересах военных. Главное направления работ по экзоскелетам — это разработка рабочего прототипа, который мог бы усилить физические способности солдат. В дальнейшем аналогичные функции могут быть использованы, к примеру, для погружения на глубину или полетов в космос, а также в других достаточно сложных ситуациях. Вторым, не менее распространенным, примером использования экзоскелетов является помощь в реабилитации больных с поражением опорно-двигательного аппарата. Примером такого устройства является экзоскелет Honda Walking Assist Device. Стоит отметить, что российские разработчики также заинтересованы в данном направлении развития.

Помимо МЧС отечественных разработчиков поддержало также и Минобразования и науки (выделение финансирования в размере 120 млн. рублей). В 2013 году первый образец, весящий 50 кг и способный выдержать максимальную нагрузку до 200 кг, был представлен в рамках 6-го Международного салона комплексной безопасности. При этом разработка получила золотую медаль из рук самого Сергея Шойгу и задание о «доработке» устройства. Все-таки первый созданный в России экзоскелет получился слишком громоздким, а также с неприемлемой задержкой в реакциях.

Подобно костюму Железного человека из популярного фантастического фильма, российская разработка «ЭкзоАтлет» в состоянии наделить человека набором сверхспособностей. И хотя летать в таком костюме невозможно, разработчики считают, что с его помощью «можно свернуть горы». По словам Павла Комарова, научного сотрудника института механики МГУ, вес, который укреплен на силовой конструкции вверху, через шарнир в бедре и тазу уходит через ногу в землю. В статическом положении человек полностью освобождается от нагрузки, он не чувствует удерживаемого веса. Максимальная нагрузка, которую сейчас может выдержать данный экзоскелет, составляет 200 кг. При этом, удерживая такой вес, человек навряд ли сможет передвигаться. Однако вес в 70 или даже 100 кг при помощи данного экзоскелета человек сможет переносить даже на очень большие расстояния.

Корреспонденты LifeNews, которые посетили лабораторию, примерили «ЭкзоАтлет» на себя. При общей нагрузке в 50 кг его тяжесть абсолютно не ощущается человеком. При этом, чтобы полноценно использовать данную разработку, человеку необходимо научиться справляться с силой инерции, а это достигается за счет проведения постоянных тренировок. Главным образом данный костюм создавался для российских спасателей, одним из инициаторов его создания и выступает МЧС. При этом перед российскими учеными стояла достаточно непростая задача создать прочный и в то же время достаточно легкий костюм.

Необходимо, чтобы сотрудники МЧС могли с легкостью подниматься по лестницам в зоне техногенных аварий или катастроф, тратя при этом меньше кислорода, поясняет один из аспектов использования «ЭкзоАтлета» Елена Письменная, занимающая должность старшего научного сотрудника института механики МГУ. Создатели российского экзоскелета считают, что возможности использования данного механизма почти неограниченны.

В настоящее время команда разработчиков продолжает трудиться над усовершенствованием своего проекта, дорабатывая модель в сотрудничестве с будущими пользователями и профильными ведомствами. Однако все это закрытые разработки, в то время как у сотрудников НИИ есть желание выпустить что-то и для открытого рынка. Поэтому в ближайшее время на свет может появиться новый экзоскелет уже в медицинском варианте.

Практически параллельно у ряда членов команды появилась в голове идея, которая выходила за рамки НИОКР — заняться коммерциализацией своего продукта. Из всех возможных вариантов адаптации эксзоскелета для его возможного вывода на широкий рынок самым прорывным и прибыльным им показалось медицинское направление — реабилитация пациентов. Екатерина Березий, которая возглавила отпочковавшийся от основной команды еще в 2011 году проект, отмечает, что разработчики не желали останавливаться на уровне чертежей и бросать все это дело. Специально была создана коммерческая структура, получившая название «ЭкзоАтлет» с участием специалистов МГУ и по государственному контракту от Минпромторга. На разработку экзоскелета Минпромторг выделил 40 млн. рублей, при этом команда, которая ушла делать бизнес, не теряет связи со своими коллегами, которые работают по оборонному заказу.

В сфере медицины, особенно в области реабилитации больных, экзоскелеты в состоянии дать большое количество возможностей тем людям, которые сейчас передвигаются при помощи инвалидного кресла. Одновременно они могут решать сразу несколько различных функций: товар — заменитель инвалидной коляски, тренажер для людей с заболеваниями опорно-двигательного аппарата, нуждающихся в реабилитации, а также товар эмоциональной и социальной реабилитации — так как человек, ограниченный в своих физических возможностях, получает шанс начать самостоятельно передвигаться. Он избавляется от необходимости постоянно смотреть на окружающих его людей снизу вверх.

В настоящее время целями российского проекта «ЭкзоАтлет» является разработка первого в нашей стране экзоскелета. Основу данного проекта составляют инновационные разработки, сделанные сотрудниками НИИ Механики МГУ и направленные на расширение физических возможностей людей. В настоящее время проект развивается в двух направлениях: аварийно-спасательная модификация и медицинский экзоскелет.

Аварийно-спасательная модификация экзоскелета была спроектирована для решения задач, которые сопровождаются переноской достаточно тяжелых грузов на большую дальность, он может использоваться также во время антитеррористических операций и разминирования местности. Для ликвидации последствий техногенных катастроф и стихийных бедствий, разбора образовавшихся завалов, для выполнения операций по тушению пожаров в условиях ограничения запасов воздуха в дыхательных аппаратах пожарных. Медицинская версия, получившая обозначение «ЭкзоАтлет Мед», разрабатывается для оказания помощи людям с ограниченными физическими возможностями. Она может применяться как для проведения медицинской, так и социальной реабилитации пациентов, страдающих от нарушений опорно-двигательных функций. Такой экзоскелет идеально подходит для нужд терапии и реабилитации профильного контингента реабилитационных центров и больниц.

Правда, в этом направлении российская фирма «ЭкзоАтлет» опаздывает на несколько лет, готовясь представить свою медицинскую разработку только в 2017 году. Однако самые удачные медицинские версии экзоскелетов уже успели выйти к конечному потребителю: от лидера медицинского скелетостроения американской компании Ekso Bionics и израильской Re Walk. При этом американский прототип похож на российскую разработку, а сама компания выбрала схожий путь развития, отделившись в свое время от военных разработок. Не так давно компании Ekso Bionics удалось привлечь около 20 миллионов долларов инвестиций в свой проект.

В настоящее время в российской компании «ЭкзоАтлет» трудится 20 человек — конструкторы, инженеры, математики, программисты, специалисты в области теории управления и нейроинтерфейсов, маркетологи и менеджеры. В компании прекрасно понимают, что данный проект может быть внедрен в перечень средств реабилитации лишь при поддержке со стороны государства. Разработчики «ЭкзоАтлет Мед» рассчитывают на то, что их продукт будет включен в официальный реестр технических средств реабилитации (сегодня в него включают инвалидные кресла, костыли, которые инвалиды по специальным программам в состоянии получить бесплатно или с существенной скидкой).

При этом в компании надеются и на получение госзаказов. В сумме на разработку рабочей модели российского экзоскелета государство за 2011-2014 годы потратило 160 млн. рублей. По словам представителей компании «ЭкзоАтлет», новый прототип будет готов до конца 2014 года. А уже в 2015 году медики, партнеры проекта, смогут провести доклинические испытания новинки, а разработчики начнут заниматься его доработкой на основе получения рекомендаций от врачей. Для следующего этапа работ по проекту, который ориентировочно продлится не менее года, разработчикам нужно еще около 137 млн. рублей. Обратиться за необходимой суммой решено к российским чиновникам.

Пока продукт не будет готов к запуску в массовое производство, возлагать надежды на частные венчурные фонды не стоит — слишком большие риски. Поэтому привлекать в проект частных инвесторов планируется только на втором этапе работ. В серийное производство российский экзоскелет должен будет пойти в 2016-2017 годах. Когда будет готов работающий прототип, станет окончательно ясно, что является конечным продуктом компании, как его можно будет реализовать и каковы перспективы новинки попасть в реестр технических средств для реабилитации инвалидов. Именно в этот момент продукт окончательно станет коммерческим и под него можно будет искать частных инвесторов. Также разработчики рассчитывают найти партнера, который будет готов построить для них завод под открывающийся рынок, расписывает следующие шаги Екатерина Березий.

Фактически в данный момент в России просто нет рынка подобной продукции, его еще предстоит создавать. Также остается открытым вопрос удастся ли российским конструкторам довести свое детище до ума. Команде «ЭкзоАтлета» предстоит решить много вопросов, которые находятся в смежных сферах — синхронизировать считывание импульса и реакции машины, решить вопрос с увеличением заряда аккумулятора, продолжать уменьшать объемы и вес своего продукта, решить вопрос как освободить руки пользователя. При этом данное направление набирает силу в мире. По оценкам специалистов, один только европейский рынок экзоскелетов уже оценивается в 1,5 млрд. евро. Сложившиеся на сегодняшний день технологии наконец-то могут привести к настоящему прорыву в области строительства экзоскелетов, и у России может появиться шанс не отстать в этой гонке от своих прямых конкурентов.