Ekzoskeletlar
So'nggi paytlarda ekzoskeletlar haqida tobora ko'proq eshitilayotgan bo'lsa-da, bu ixtironing tarixi XIX asrga borib taqaladi. O'nlab yillar davomida uning qanday o'zgarganini va uning evolyutsiyasidagi burilish nuqtalari qanday ko'rinishini bilib oling.
1. Nikolay Yagn patentidan olingan rasm
1890 – Ekzoskelet yaratish bo‘yicha birinchi innovatsion g‘oyalar 1890-asrga to‘g‘ri keladi. 420179 yilda Nikolas Yagn Qo'shma Shtatlarda patent oldi (patent № US XNUMX A) "Yurish, yugurish va sakrashni osonlashtiradigan qurilma" (1). Bu yog'ochdan yasalgan zirh bo'lib, uning maqsadi ko'p kilometrlik yurish paytida jangchining tezligini oshirish edi. Dizayn optimal echimni izlash uchun ilhom manbai bo'ldi.
1961 - 60-yillarda General Electric kompaniyasi Komel universitetining bir guruh olimlari bilan birgalikda inson jismoniy mashqlarini qo‘llab-quvvatlovchi elektro-gidravlik kostyum yaratish ustida ish boshladi. Man Augmentation loyihasi bo'yicha harbiylar bilan hamkorlik Hardimanning rivojlanishiga olib keldi (2). Loyihaning maqsadi insonning tabiiy harakatlarini taqlid qiluvchi, unga deyarli 700 kg og'irlikdagi narsalarni ko'tarish imkonini beruvchi kostyum yaratish edi. Kostyumning o'zi bir xil og'irlikda edi, ammo aniq vazni atigi 20 kg edi.
2. General Electric prototipi issiqlik almashtirgich
Loyihaning muvaffaqiyatiga qaramay, uning foydaliligi ahamiyatsiz ekanligi va dastlabki nusxalari qimmatga tushishi ma'lum bo'ldi. Ularning cheklangan harakatchanlik imkoniyatlari va murakkab quvvat tizimi oxir-oqibat bu qurilmalarni yaroqsiz holga keltirdi. Sinov davomida Hardiman bor-yo'g'i 350 kg yuk ko'tara olishi va uzoq muddat foydalanish bilan xavfli, muvofiqlashtirilmagan harakatlarga moyilligi ma'lum bo'ldi. Prototipning keyingi rivojlanishidan faqat bitta qo'l tashlab qo'yildi - qurilmaning og'irligi taxminan 250 kg edi, lekin u avvalgi ekzoskelet kabi amaliy emas edi.
70 yil. "O'zining kattaligi, og'irligi, beqarorligi va quvvat muammolari tufayli Hardiman hech qachon ishlab chiqarishga kirmagan, ammo sanoat Man-Mate 60-yillardagi ba'zi texnologiyalardan foydalangan. Texnologiyaga bo'lgan huquqlarni GE muhandislaridan biri asos solgan Western Space and Marine kompaniyasi sotib oldi. Mahsulot yanada takomillashtirildi va bugungi kunda katta robot qo'l ko'rinishida mavjud bo'lib, u 4500 kg gacha bo'lgan kuch bilan qayta aloqa orqali ko'tara oladi, bu esa uni po'lat sanoati uchun ideal qiladi.
3. Serbiyadagi Mixaylo Pupin institutida qurilgan ekzoskeletlar.
1972 – Erta faol ekzoskeletlar va gumanoid robotlar Serbiyadagi Mixaylo Pupin institutida prof. Miomir Vukobratovich. Birinchidan, paraplegiya bilan og'rigan odamlarning reabilitatsiyasini qo'llab-quvvatlash uchun oyoq harakati tizimlari ishlab chiqilgan (3). Faol ekzoskeletlarni ishlab chiqishda institut shuningdek, inson yurishini tahlil qilish va nazorat qilish usullarini ishlab chiqdi. Ushbu yutuqlarning ba'zilari bugungi kunda yuqori samarali insoniy robotlarning rivojlanishiga hissa qo'shdi. 1972 yilda Belgraddagi ortopediya klinikasida pastki ekstremitalarning falajiga qarshi elektron dasturlashtirilgan faol pnevmatik ekzoskelet sinovdan o'tkazildi.
1985 “Los-Alamos milliy laboratoriyasi muhandisi piyoda askarlar uchun kuchli qurol-aslahalar Pitman deb nomlangan ekzoskelet qurmoqda. Qurilmani boshqarish maxsus dubulg'aga joylashtirilgan bosh suyagi yuzasini skanerlovchi datchiklarga asoslangan edi. O'sha davr texnologiyasining imkoniyatlarini hisobga olgan holda, uni ishlab chiqarish uchun juda murakkab dizayn edi. Cheklov, birinchi navbatda, kompyuterlarning hisoblash qobiliyatining etarli emasligi edi. Bundan tashqari, miya signallarini qayta ishlash va ularni ekzoskelet harakatlariga aylantirish o'sha paytda texnik jihatdan amaliy jihatdan imkonsiz bo'lib qoldi.
4. Monty Rid tomonidan ishlab chiqilgan Exoskeleton Lifesuit.
1986 - Monti Rid, parashyutdan sakrash paytida umurtqasini sindirib olgan AQSh armiyasi askari omon qolish uchun kostyum ekzoskeletini yaratdi (4). U Robert Xaynlaynning “Yulduzli kema askarlari” ilmiy-fantastik romanidagi ko‘chma piyoda askar kostyumlarining ta’riflaridan ilhomlangan, u kasalxonada tuzalib ketayotganda o‘qigan. Biroq, Rid 2001 yilgacha o'z qurilmasida ishlashni boshlamadi. 2005 yilda u Vashington shtatining Sietl shahrida bo'lib o'tgan Avliyo Patrik kuni poygasida 4,8 qutqaruv kostyumi prototipini sinab ko'rdi. Ishlab chiquvchi robot kostyumlarida o‘rtacha 4 km/soat tezlikda 14 kilometr masofani bosib o‘tgan yurish tezligi rekordini o‘rnatganini da’vo qilmoqda. Lifesuit 1,6 prototipi to'liq zaryadlangan holda 92 km masofani bosib o'tdi va XNUMX kg yuk ko'tarishga imkon berdi.
1990-hozirgi kungacha - HAL ekzoskeletining birinchi prototipi Yoshiyuki Sankay tomonidan taklif qilingan (5), prof. Tsukuba universiteti. Sankay uch yil davomida - 1990 yildan 1993 yilgacha - oyoq harakatini boshqaradigan neyronlarni aniqlashga sarfladi. U va uning jamoasi uskunaning prototipini yaratish uchun yana to'rt yil vaqt talab qildi. 22-asr boshlarida ishlab chiqilgan uchinchi HAL prototipi kompyuterga ulangan. Batareyaning o'zi deyarli 5 kg og'irlikda edi, bu juda amaliy emas edi. Bundan farqli o'laroq, HAL-10 keyingi modeli atigi 5 kg og'irlikda bo'lib, batareya va boshqaruv kompyuteri foydalanuvchining beliga o'ralgan edi. HAL-XNUMX hozirda Yaponiyaning Cyberdyne Inc kompaniyasi tomonidan ishlab chiqarilgan to'rt oyoqli tibbiy ekzoskeletdir (garchi faqat pastki oyoq-qo'l versiyasi ham mavjud). Tsukuba universiteti bilan hamkorlikda.
5. Professor Yoshiyuki Sankay ekzoskelet modellaridan birini taqdim etadi.
Ichkarida ham, tashqarisida ham taxminan 2 soat 40 daqiqa ishlaydi. Og'ir narsalarni ko'tarishga yordam beradi. Korpus ichidagi konteynerlarda boshqaruv elementlari va haydovchilarning joylashishi ko'pchilik ekzoskeletlarga xos bo'lgan, ba'zida katta hasharotga o'xshab ketadigan "ryukzak" dan xalos bo'lishga imkon berdi. Gipertenziya, osteoporoz va har qanday yurak kasalligi bo'lgan odamlar HALni qo'llashdan oldin shifokor bilan maslahatlashishlari kerak va kontrendikatsiyalar orasida yurak stimulyatori va homiladorlik bor, lekin ular bilan cheklanmaydi. HAL FIT dasturining bir qismi sifatida ishlab chiqaruvchi kasal va sog'lom odamlar uchun ekzoskelet bilan davolash seanslaridan foydalanish imkoniyatini taklif qiladi. Dizayner HAL ta'kidlashicha, yangilanishning keyingi bosqichlarida foydalanuvchiga erkin harakatlanish va hatto yugurish imkonini beradigan yupqa kostyum yaratishga e'tibor qaratiladi.
2000 - prof. Homayoun Kazeruni va uning Ekso Bionics kompaniyasidagi jamoasi universal inson yuk tashuvchisi yoki HULC ni ishlab chiqmoqda (6) gidravlik haydovchiga ega simsiz ekzoskeletdir. Uning maqsadi urushayotgan askarlarga 90 kg gacha bo'lgan yuklarni uzoq vaqt davomida maksimal tezligi 16 km / soat tashishda yordam berishdir. Tizim ommaga 26-yil 2009-fevralda AUSA qishki simpoziumida Lockheed Martin bilan litsenziya kelishuviga erishilganda taqdim etildi. Ushbu dizaynda qo'llaniladigan dominant material titanium bo'lib, engil, ammo yuqori mexanik va mustahkamlik xususiyatlariga ega nisbatan qimmat materialdir.
Ekzoskelet 68 kg gacha bo'lgan narsalarni (ko'tarish moslamasi) olib yurish imkonini beruvchi so'rg'ichlar bilan jihozlangan. Quvvat to'rtta litiy-polimer batareyadan ta'minlanadi, bu esa qurilmaning 20 soatgacha optimal yuklanishda normal ishlashini ta'minlaydi. Ekzoskelet turli xil jangovar sharoitlarda va turli yuklarda sinovdan o'tkazildi. 2012-yil kuzida bir qator muvaffaqiyatli tajribalardan so‘ng u Afg‘onistonga jo‘natilgan va u yerda qurolli mojaro paytida sinovdan o‘tgan. Ko'plab ijobiy sharhlarga qaramay, loyiha to'xtatildi. Ma'lum bo'lishicha, dizayn muayyan harakatlarni bajarishni qiyinlashtirdi va mushaklardagi yukni oshirdi, bu esa uni yaratishning umumiy g'oyasiga zid edi.
2001 - Dastlab asosan armiya uchun mo'ljallangan Berkli Quyi ekstremal ekzoskelet (BLEEX) loyihasi davom etmoqda. Uning doirasida amaliy ahamiyatga ega avtonom yechimlar ko'rinishida istiqbolli natijalarga erishildi. Avvalo, oyoqlarga qo'shimcha kuch berish uchun tananing pastki qismiga biriktirilgan robot qurilma yaratildi. Uskunalar Mudofaa ilg‘or tadqiqot loyihalari agentligi (DARPA) tomonidan moliyalashtirilgan va Kaliforniya universitetining Berkli mashinasozlik bo‘limining bo‘limi bo‘lgan Berkli robototexnika va inson muhandisligi laboratoriyasi tomonidan ishlab chiqilgan. Berkli ekzoskelet tizimi askarlarga oziq-ovqat, qutqaruv uskunalari, birinchi tibbiy yordam to'plamlari, aloqa vositalari va qurollar kabi har qanday turdagi erlarda minimal kuch sarflagan holda katta foydali yuklarni tashish qobiliyatini beradi. Harbiy dasturlardan tashqari, BLEEX hozirda fuqarolik loyihalarini ishlab chiqmoqda. Robototexnika va inson muhandisligi laboratoriyasi hozirda quyidagi yechimlarni o‘rganmoqda: ExoHiker – asosan og‘ir texnikani tashish zarurati bo‘lgan ekspeditsiya a’zolari uchun mo‘ljallangan ekzoskelet, ExoClimber – baland tepalikka chiqayotgan odamlar uchun jihoz, Tibbiy ekzoskelet – nogironlar uchun ekzoskelet. jismoniy qobiliyatlar. pastki oyoq-qo'llarning harakatchanligining buzilishi.
8. Sarcos XOS 2 prototipi amalda
matn
2010 – XOS 2 paydo bo'ladi (8) Sarkosdan XOS ekzoskeletining davomi. Avvalo, yangi dizayn engilroq va ishonchli bo'lib, statik holatda 90 kg gacha bo'lgan og'irlikdagi yuklarni ko'tarish imkonini beradi. Qurilma kiborgni eslatadi. Boshqarish sun'iy bo'g'inlar kabi ishlaydigan o'ttizta aktuatorga asoslangan. Ekzoskeletda signallarni kompyuter orqali aktuatorlarga uzatuvchi bir nechta sensorlar mavjud. Shunday qilib, muammosiz va uzluksiz ishlash amalga oshiriladi va foydalanuvchi hech qanday jiddiy harakat sezmaydi. XOS vazni 68 kg.
2011-hozirgi kungacha - AQSh oziq-ovqat va farmatsevtika idorasi (FDA) ReWalk tibbiy ekzoskeletini tasdiqladi (9). Bu oyoqlarni mustahkamlash uchun kuch elementlaridan foydalanadigan tizim bo'lib, falaj bo'lgan odamlarga tik turish, yurish va zinapoyaga chiqish imkonini beradi. Energiya ryukzak batareyasi bilan ta'minlanadi. Boshqarish foydalanuvchining harakatlarini aniqlaydigan va to'g'rilaydigan oddiy qo'lda masofadan boshqarish pulti yordamida amalga oshiriladi. Hammasi isroillik Amit Goffer tomonidan ishlab chiqilgan va ReWalk Robotics Ltd (aslida Argo Medical Technologies) tomonidan 85 XNUMX PLN atrofida sotilmoqda. dollar.
9 kishi ReWalk ekzoskeletlarida yurishadi
Chiqarish vaqtida asbob-uskunalar ikkita versiyada mavjud edi - ReWalk I va ReWalk P. Birinchisi tibbiy muassasalar tomonidan tadqiqot yoki terapevtik maqsadlarda tibbiy mutaxassis nazorati ostida qo'llaniladi. ReWalk P bemorlar tomonidan uyda yoki jamoat joylarida shaxsiy foydalanish uchun mo'ljallangan. 2013 yil yanvar oyida ReWalk Rehabilitation 2.0 ning yangilangan versiyasi chiqdi. Bu uzun bo'yli odamlar uchun moslikni yaxshiladi va boshqaruv dasturini yaxshiladi. ReWalk foydalanuvchidan tayoqchalardan foydalanishni talab qiladi. Qo'llash mumkin bo'lmagan holatlar sifatida yurak-qon tomir kasalliklari va suyaklarning mo'rtligi qayd etilgan. Cheklov, shuningdek, 1,6-1,9 m gacha bo'lgan o'sish va tana vazni 100 kg gacha. Bu avtomobil haydashingiz mumkin bo'lgan yagona ekzoskelet.
10. Ex Bionics eLEGS
2012 Ilgari Berkeley Bionics nomi bilan tanilgan Ekso Bionics o'zining tibbiy ekzoskeletini namoyish etdi. Loyiha ikki yil avval eLEGS (10), va turli darajadagi falaj bo'lgan odamlarni reabilitatsiya qilish uchun mo'ljallangan. ReWalk singari, qurilish tayoqchalardan foydalanishni talab qiladi. Batareya kamida olti soat foydalanish uchun energiya beradi. Exo to'plami taxminan 100 ming turadi. dollar. Polshada Nevrologik bemorlar bilan ishlash uchun mo'ljallangan tibbiy qurilma Ekso GT ekzoskeletining loyihasi ma'lum. Uning dizayni yurishga imkon beradi, shu jumladan insult, orqa miya jarohati, ko'p skleroz yoki Guillain-Barre sindromi bilan og'rigan bemorlar. Uskunalar bemorning disfunktsiyasi darajasiga qarab bir necha xil rejimlarda ishlashi mumkin.
2013 – Mindwalker, aql bilan boshqariladigan ekzoskelet loyihasi Yevropa Ittifoqidan mablag‘ oladi. Dizayn Bryussel erkin universiteti olimlari va Italiyadagi Santa-Lyusiya jamg‘armasi o‘rtasidagi hamkorlik natijasidir. Tadqiqotchilar qurilmani boshqarishning turli usullarini sinab ko‘rdilar – ular miya-neyro-kompyuter interfeysi (BNCI) eng yaxshi ishlashiga ishonishdi, bu esa uni fikrlar bilan boshqarish imkonini beradi. Signallar orqa miyani chetlab o'tib, miya va kompyuter o'rtasida o'tadi. Mindwalker EMG signallarini, ya'ni mushaklar ishlaganda odam terisi yuzasida paydo bo'ladigan kichik potentsiallarni (miopotensiallar deb ataladi) elektron harakat buyruqlariga aylantiradi. Ekzoskelet juda engil, og'irligi batareyalarsiz atigi 30 kg. Og'irligi 100 kg gacha bo'lgan kattalarga yordam beradi.
2016 – Shveytsariyaning Tsyurix shahridagi ETH Texnik Universitetida nogironlar uchun yordamchi robotlardan foydalangan holda birinchi Cybathlon sport musobaqasi o‘tkaziladi. Intizomlardan biri pastki ekstremitalarda falaj bo'lgan odamlar uchun to'siqlar yo'lida ekzoskelet poygasi edi. Ushbu mahorat va texnologiya namoyishida ekzoskelet foydalanuvchilari divanda o‘tirish va o‘rnidan turish, qiyaliklarda sayr qilish, qoyalarga qadam bosish (masalan, sayoz tog‘ daryosidan o‘tishda) va zinapoyaga chiqish kabi vazifalarni bajarishi kerak edi. Ma’lum bo‘lishicha, hech kim barcha mashqlarni o‘zlashtira olmagan va eng tezkor jamoalarga 50 metrlik to‘siqlardan o‘tish uchun 8 daqiqadan ko‘proq vaqt kerak bo‘lgan. Keyingi tadbir 2020 yilda ekzoskelet texnologiyasi rivojlanishining ko'rsatkichi sifatida bo'lib o'tadi.
2019 – Buyuk Britaniyaning Limpston shahridagi Komando o‘quv markazida bo‘lib o‘tgan yozgi namoyishlar chog‘ida Gravity Industries kompaniyasi ixtirochi va bosh direktori Richard Brauning o‘zining Daedalus Mark 1 ekzoskeletli reaktiv kostyumini namoyish etdi, bu nafaqat inglizlarda, balki harbiylarda ham katta taassurot qoldirdi. Oltita kichik reaktiv dvigatellar - ulardan ikkitasi orqada va ikkitasi har bir qo'lda qo'shimcha juftlik shaklida o'rnatilgan - 600 m balandlikka ko'tarilish imkonini beradi.Hozircha 10 daqiqaga yetadigan yoqilg'i bor. parvoz...
