Bioničtí lidé: Exoskeletonová technologie předefinuje limity

reklama

v Hrana zítřka, kriticky uznávaný film sci-fi vydaný letos v létě, vojáci bojují s mimozemšťany poháněnými exoskeletony, které zvyšují jejich sílu, rychlost a obratnost. Na stříbrné obrazovce se vedle výbuchů a jiných nepřátel světa objevují myšlenky jako Hollywoodský vynález - ale je to blíže realitě, než byste si mysleli.

Výzkum v oblasti exoskeletů probíhá již více než století, což vedlo k řadě životaschopných prototypů. Překvapivě se však méně zaměřují na nadlidskou sílu a více na zlepšování vytrvalosti a kvality života. Vědci v oboru vidí budoucnost 4 Technologie, které by mohly změnit světPrávě teď je takový vzrušující čas být naživu, protože věda a technologie vrhají lidstvo kupředu tak neuvěřitelnou rychlostí. Kdo by si myslel před deseti lety, že bychom měli přístup jedním dotykem ke všem ... Přečtěte si více jako maratón místo sprintu.

Exo-History

V roce 2005 se objevily lidské exoskeletony sci-fi příběhy sv 50. letech 20. století, ale první skutečný exoskeleton byl vynalezen před půlstoletím ruským vynálezcem Nicholasem Yagnem. Přes svou zemi pobytu

rozhodl se podat patent na americký patentový úřad v roce 1890. Popsal svůj vynález jako:

[…] Několik pružin přizpůsobených k nesení váhy celého těla a ukládání a akumulaci moc vyvíjená tímto způsobem, spolu se silou vyvíjenou hybností takové mrtvé váhy, když je v pohyb. - Nicholas Yagn, vynálezce

Jeho exoskelet také používal „akumulátory stlačené tekutiny“ k ukládání energie. Podle Nicholas, jeho vynález dal uživatelům lepší mobilitu a snížil napětí běhu a skákání na těle. Promiňte, parní punkové fanoušky; tohle nebyl stroj na smrt poháněný ozubenými koly.

První poháněný exoskeleton, nazývaný Hardiman, byl vyvinut společností General Electric na konci 60. let. Oblek byl masivní a brutální a vypadal podobně jako masivní bojové obleky, které si představili autoři sci-fi. Byl navržen tak, aby podstatně zesílil sílu uživatele, ale jeho vynálezci nikdy úplně nezničili požadavky na ovládání a napájení. Jak je uvedeno v závěrečné zprávě projektu:

Problém rozhraní člověk-stroj v prototypu Hardiman I byl závažný. Vysoký zisk, složitost vícespojkového systému a intimní propojení člověka a stroje vyvolaly mnoho konstrukčních omezení a kladly vysoké nároky na stávající technologii.

Selhání Hardimanu ukázalo extrémní obtížnost vývoje exoskeletu s technologií té doby. Další pokus nebyl učiněn až na počátku 90. let, kdy vědci v Kawasaki začali pracovat na Síle Assist Suit [Broken URL Removed], exoskelet určený k tomu, aby pomohl zdravotníkům pohybovat imobilní pacientů.

Po přelomu století došlo k explozi nového vývoje. Japonská společnost Cyberdyne představila koncept exoskeletů HAL-3, Berkeley vyvinul exoskelet z dolní části těla zvaný Bleex, který pomáhá vojákům přenášet těžké náklady na dlouhé vzdálenosti a Honda sestavila pár spodních těl exoskeletů určených pro částečně mobilní lidi, kteří by jinak mohli potřebovat hůl nebo chodítko.

Zapíná se

Neúspěšný projekt Hardiman je druh obleku, o kterém si většina lidí myslí, když si řekne, že si představí exoskeleton. Mnozí z nás si vzpomínají na obrázky z beletrie, jako je například slavný exoskeleton pilotovaný Sigourney Weaverem (nebo spíše kaskadérem skrytým za ní) v Cizinci.

Masivní exoskeleton jistě ohromí publikum, ale jeho praktické použití je omezené. Bateriím stále chybí vytrvalost potřebná k napájení zvířecího stroje po dlouhou dobu, a velký exoskeleton nedělá moc vysokozdvižného vozíku, jeřábu nebo jiného vozidla, čeho již nemůže dosáhnout. Moderní exoskeletony se zaměřují na zlepšení lidí praktickými způsoby, které mohou být použity každý den v různých situacích.

Jedním z nejnovějších návrhů je Human Universal Load Carrier, nebo HULC, vojenský exoskeleton navržený Lockheed-Martinem, který výrazně zvyšuje fyzické schopnosti vojáků. Základní myšlenka, jak uvedl programový manažer Jim Ni a podrobně popsal v tiskové zprávě společnosti, je zvýšit odolnost a sílu a současně snížit riziko zranění.

To [HULC] umožňuje vojákům dělat věci, které dnes nemohou dělat, a zároveň jim pomáhá chránit je před poraněním pohybového aparátu. - Jim Ni, programový manažer HULC

Nezní to moc odlišně od výhod, které Nicholas Yagn pro svůj exoskelet získal před více než stoletím, ale moderní technologie znamená, že vědci mohou tento nápad lépe realizovat. HULC může pomoci pájejícím nést zatížení až 200 liber v různých terénech a zároveň minimalizovat riziko zranění, která by mohla vojáka v terénu zpomalit. Baterie pohánějí exoskeleton, který váží přes padesát liber, a životnost se může prodloužit až na 72 hodin pomocí speciálního vybavení.

Lockheed-Martin však není jedinou společností v této oblasti. Raytheon strávil posledních osm let vývojem XOS, který doufá, že naplní stejnou roli jako HULC. Na rozdíl od svého konkurenta však XOS pokrývá podstatnou část dolní a horní části těla uživatele. Jeho vynálezci uvádějí podobnou maximální nosnost nejméně 200 liber, ale zvýšení pevnosti sahá až do paží, které s malým úsilím dokážou pojmout až padesát liber.

Nejen pro vojáky

V Japonsku mezitím Cyberdyne pokračoval ve vývoji svého exoskeletu HAL-5. Na rozdíl od svých amerických vrstevníků je toto zařízení konstruováno spíše pro civilní než vojenské použití. Společnost zkoumá několik modelů pro použití průmyslovými pracovníky, reakce na katastrofu osobní a zdravotničtí profesionálové.

V Evropě byl schválen model dolních končetin, který má pomoci rehabilitovat lidi s problémy s pohybem souvisejícím s poraněním, a používá se v klinických hodnoceních. První soud, dokončeno v dubnu tohoto roku, naznačuje, že exoskeleton poskytuje „velmi významné zlepšení“ mobility při nošení a také časem zlepšuje schopnost stejného pacienta pohybovat se bez exoskeleton. Součástí studie bylo pouze osm pacientů, takže pro potvrzení přínosu HAL musí být vykonáno více práce.

Dalším civilním exoskeletem, kterému je věnována pozornost, je ReWalk, exoskelet nižšího těla, který se hodí podobné úloze jako HAL. ReWalk používá motory s nízkým výkonem, které pomáhají v mobilitě a nabízejí celodenní výdrž baterie. Na rozdíl od HAL musí být ReWalk používán s hůlkami, ale je to také jeho další vývoj a byl schválen v několika zemích. ReWalk lze použít k rehabilitaci nebo si jej lze zakoupit pro osobní potřebu jako alternativu k invalidnímu vozíku nebo motorovému skútru.

Baterie nejsou součástí balení

FORTIS, který se právě začal zkoušet letos, je nejnovější exoskeleton Lockheed-Martin. Ačkoli první kolo testování provádí námořnictvo, je tento exoskeleton, na rozdíl od HULC, určen pouze pro civilní použití. Posiluje tělo uživatele a snižuje námahu manipulace s těžkými nástroji, které mechanika námořnictva často používá k opravě lodí.

Nosením exoskeletonu FORTIS mohou operátoři držet váhu těchto těžkých nástrojů po delší dobu se sníženou únavou. - Adam Miller, ředitel nových iniciativ, Lockheed-Martin

Ačkoli chybí baterie, FORTIS má působivé schopnosti. To může uživatelům pomoci držet až 36 liber „bez námahy“. To nemusí znít jako moc zpočátku, ale pamatujte, že mechanici používají takové nástroje každý den hodiny. Jakákoli podstatná hmotnost se může po několika minutách unavit. Exoskelet také pomáhá přenášet tyto zátěže na zem a snižuje tak namáhání zad a nohou uživatele.

Tento typ exoskeletu, pokud by se osvědčil, by mohl být velkým přínosem pro stavební a průmyslové pracovníky, kteří musí opakovaně během celého dne opakovaně zvedat skromná zatížení. Pracovní úrazy jsou v těchto oborech stále běžné a postupem času mohou značně snížit kvalitu života veteránů v těchto oborech.

Nedostatek síly FORTIS také snižuje složitost a náklady, díky čemuž je nápad chutnější pro rozsáhlé nasazení. S tím se však FORTIS stále vyvíjí velmi brzy; poprvé to bylo oznámeno minulý měsíc. Většina dalších exoskeletonových projektů se vyvíjí roky a v některých případech i desetiletí, takže tento projekt musí ještě jít.

Stále člověk, ale lepší

Zaměření moderního exoskeletu se posunulo od zvýšení síly a rychlosti k posílení vytrvalosti. V tomto smyslu není cílem učinit nás mnohem rychlejšími nebo silnějšími než dříve, nýbrž namísto toho učinit nás odolnějšími a zlepšit kvalitu našeho života. I když to není okouzlující, tento přístup dává smysl; zvedli jsme těžké vozíky pomocí vysokozdvižného vozíku.

Úrazy a vyčerpání jsou však nepřátelé, které musíme ještě porazit. Unavený zraněný voják pravděpodobně zpomalí celou svou jednotku a je méně schopný reagovat na hrozby, a odhad na rok 2013 nalezl zranění na pracovišti pouze ve Spojených státech stojí až 250 miliard dolarů ročně. Snížení námahy a zvýšení vytrvalosti mohou těžit z boje pěchoty pro zdravotníky stěhování pacientů mezi postelemi, takže pravděpodobně uvidíme exoskeletony, kteří budou v tomto novém přístupu pokračovat desetiletí. Exoskeletony nám nedají nadlidskou sílu ani rychlou rychlost - alespoň ne brzy. Ale pomůžou nám žít déle, lepší životy Jak může technologie ovlivňovat lidský vývojNeexistuje jediný aspekt lidské zkušenosti, kterého se technologie nedotkla, včetně našich samotných těl. Přečtěte si více .

Obrázek Kredit: Lockheed-Martin, Cyberdyne