Mga Exoskeleton
Bagaman parami nang parami ang narinig tungkol sa mga exoskeleton kamakailan, lumalabas na ang kasaysayan ng imbensyon na ito ay bumalik sa ikalabinsiyam na siglo. Alamin kung paano ito nagbago sa mga dekada at kung ano ang hitsura ng mga pagbabago sa ebolusyon nito.
1. Ilustrasyon mula sa patent ni Nikolai Yagn
1890 – Ang unang makabagong ideya para sa paglikha ng exoskeleton ay itinayo noong ika-1890 na siglo. Noong 420179, nag-patent si Nicholas Yagn sa Estados Unidos (patent No. US XNUMX A) "Isang aparato para sa pagpapadali sa paglalakad, pagtakbo at paglukso" (1). Ito ay isang baluti na gawa sa kahoy, ang layunin nito ay palakasin ang bilis ng isang mandirigma sa isang mahabang kilometrong martsa. Ang disenyo ay naging mapagkukunan ng inspirasyon para sa karagdagang paghahanap para sa pinakamainam na solusyon.
1961 - Noong dekada 60, ang General Electric, kasama ang isang grupo ng mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng Comell, ay nagsimulang magtrabaho sa paglikha ng isang electro-hydraulic suit na sumusuporta sa ehersisyo ng tao. Ang pakikipagtulungan sa militar sa proyekto ng Man Augmentation ay humantong sa pag-unlad ng Hardiman (2). Ang layunin ng proyekto ay lumikha ng isang suit na ginagaya ang natural na paggalaw ng isang tao, na nagpapahintulot sa kanya na magbuhat ng mga bagay na tumitimbang ng halos 700 kg. Ang kasuutan mismo ay tumimbang ng pareho, ngunit ang nasasalat na timbang ay 20 kg lamang.
2. General Electric prototype na heat exchanger
Sa kabila ng tagumpay ng proyekto, napag-alaman na ang pagiging kapaki-pakinabang nito ay bale-wala, at ang mga paunang kopya ay magiging mahal. Dahil sa kanilang limitadong mga opsyon sa kadaliang kumilos at kumplikadong sistema ng kuryente, sa kalaunan ay hindi na magagamit ang mga device na ito. Sa panahon ng pagsubok, lumabas na ang Hardiman ay maaari lamang magbuhat ng 350 kg, at sa matagal na paggamit ay may posibilidad na mapanganib, hindi magkakaugnay na mga paggalaw. Mula sa karagdagang pag-unlad ng prototype, isang braso lamang ang inabandona - ang aparato ay tumitimbang ng halos 250 kg, ngunit ito ay hindi praktikal tulad ng nakaraang exoskeleton.
70s. "Dahil sa laki, timbang, kawalang-tatag, at mga problema sa kuryente, ang Hardiman ay hindi kailanman pumasok sa produksyon, ngunit ang pang-industriyang Man-Mate ay gumamit ng ilang teknolohiya mula sa 60s. Ang mga karapatan sa teknolohiya ay binili ng Western Space at Marine, na itinatag ng isa sa mga inhinyero ng GE. Ang produkto ay higit pang binuo at ngayon ay umiiral sa anyo ng isang malaking robotic arm na maaaring magbuhat ng hanggang 4500 kg gamit ang force feedback, na ginagawa itong perpekto para sa industriya ng bakal.
3. Mga Exoskeleton na itinayo sa Mihailo Pupin Institute sa Serbia.
1972 – Ang mga maagang aktibong exoskeleton at humanoid robot ay binuo sa Mihailo Pupin Institute sa Serbia ng isang grupo na pinamumunuan ng prof. Miomir Vukobratovich. Una, ang mga sistema ng paggalaw ng paa ay binuo upang suportahan ang rehabilitasyon ng mga taong dumaranas ng paraplegia (3). Sa pagbuo ng mga aktibong exoskeleton, ang instituto ay bumuo din ng mga pamamaraan para sa pagsusuri at pagkontrol sa lakad ng tao. Ang ilan sa mga pag-unlad na ito ay nag-ambag sa pagbuo ng mga humanoid robot na may mataas na performance ngayon. Noong 1972, isang aktibong pneumatic exoskeleton na may electronic programming para sa paralisis ng lower extremities ay sinubukan sa isang orthopaedic clinic sa Belgrade.
1985 “Ang isang engineer sa Los Alamos National Laboratory ay gumagawa ng isang exoskeleton na tinatawag na Pitman, power armor para sa mga infantrymen. Ang kontrol ng aparato ay batay sa mga sensor na nag-scan sa ibabaw ng bungo, na inilagay sa isang espesyal na helmet. Dahil sa mga kakayahan ng teknolohiya noong panahong iyon, ito ay masyadong kumplikadong disenyo upang gawin. Ang limitasyon ay pangunahin ang hindi sapat na kapangyarihan sa pag-compute ng mga computer. Bilang karagdagan, ang pagproseso ng mga signal ng utak at pag-convert sa mga ito sa mga paggalaw ng exoskeleton ay nanatiling teknikal na halos imposible sa oras na iyon.
4. Exoskeleton Lifesuit, dinisenyo ni Monty Reed.
1986 — Monty Reed, sundalo ng US Army na nabali ang kanyang gulugod habang nag-skydiving, ay nakagawa ng survival suit na exoskeleton (4). Na-inspire siya sa mga paglalarawan ng mga mobile infantry suit sa science fiction novel ni Robert Heinlein na Starship Troopers, na binasa niya habang nagpapagaling sa ospital. Gayunpaman, hindi nagsimulang magtrabaho si Reed sa kanyang device hanggang 2001. Noong 2005, sinubukan niya ang isang prototype 4,8 rescue suit sa St. Patrick's Day race sa Seattle, Washington. Sinasabi ng developer na nagtakda ng record ng bilis ng paglalakad sa mga robot suit, na sumasaklaw sa 4 na kilometro sa average na bilis na 14 km/h. Ang prototype na Lifesuit 1,6 ay nagawang umabot ng 92 km na ganap na naka-charge at pinahintulutang magbuhat ng XNUMX kg.
1990-kasalukuyan - Ang unang prototype ng HAL exoskeleton ay iminungkahi ni Yoshiyuki Sankai (5), ang prof. Unibersidad ng Tsukuba. Tatlong taon ang ginugol ni Sankai - mula 1990 hanggang 1993 - sa pagtukoy sa mga neuron na kumokontrol sa paggalaw ng binti. Kinailangan siya at ang kanyang koponan ng isa pang apat na taon upang prototype ang kagamitan. Ang ikatlong prototype ng HAL, na binuo noong unang bahagi ng ika-22 siglo, ay konektado sa isang computer. Ang baterya mismo ay tumimbang ng halos 5 kg, na ginawa itong napaka hindi praktikal. Sa kabaligtaran, ang huling modelong HAL-10 ay tumitimbang lamang ng 5 kg at nakabalot ang baterya at control computer sa baywang ng gumagamit. Ang HAL-XNUMX ay kasalukuyang isang four-limb medical exoskeleton (bagama't available din ang lower-limb-only na bersyon) na ginawa ng Japanese company na Cyberdyne Inc. sa pakikipagtulungan ng Unibersidad ng Tsukuba.
5. Ipinakita ni Propesor Yoshiyuki Sankai ang isa sa mga modelo ng exoskeleton.
Gumagana ng humigit-kumulang 2 oras 40 minuto sa loob at labas. Tumutulong sa pagbubuhat ng mabibigat na bagay. Ang lokasyon ng mga kontrol at pagmamaneho sa mga lalagyan sa loob ng kaso ay naging posible upang mapupuksa ang "backpack" na katangian ng karamihan sa mga exoskeleton, kung minsan ay kahawig ng isang malaking insekto. Ang mga taong may hypertension, osteoporosis, at anumang kondisyon sa puso ay dapat kumonsulta sa isang manggagamot bago gamitin ang HAL, at ang mga kontraindikasyon ay kinabibilangan, ngunit hindi limitado sa, isang pacemaker at pagbubuntis. Bilang bahagi ng programa ng HAL FIT, nag-aalok ang tagagawa ng posibilidad na gumamit ng mga sesyon ng paggamot na may exoskeleton para sa parehong may sakit at malusog na mga tao. Sinasabi ng taga-disenyo ng HAL na ang mga susunod na yugto ng pag-upgrade ay tututuon sa paglikha ng isang manipis na suit na magbibigay-daan sa gumagamit na malayang gumalaw at kahit na tumakbo.
2000 - prof. Si Homayoun Kazeruni at ang kanyang koponan sa Ekso Bionics ay gumagawa ng Universal Human Cargo Carrier, o HULC (6) ay isang wireless exoskeleton na may hydraulic drive. Ang layunin nito ay tulungan ang mga naglalabanang sundalo na magdala ng mga kargada na tumitimbang ng hanggang 90 kg sa mahabang panahon, na may pinakamataas na bilis na 16 km / h. Ang sistema ay inihayag sa publiko sa AUSA Winter Symposium noong Pebrero 26, 2009, nang ang isang kasunduan sa paglilisensya ay naabot sa Lockheed Martin. Ang nangingibabaw na materyal na ginamit sa disenyo na ito ay titanium, isang magaan ngunit medyo mahal na materyal na may mataas na mekanikal at lakas na mga katangian.
Ang exoskeleton ay nilagyan ng mga suction cup na nagbibigay-daan sa iyong magdala ng mga bagay na tumitimbang ng hanggang 68 kg (lifting device). Ang power ay ibinibigay mula sa apat na lithium-polymer na baterya, na nagsisiguro sa normal na operasyon ng device sa pinakamainam na pagkarga hanggang sa 20 oras. Ang exoskeleton ay nasubok sa iba't ibang kondisyon ng labanan at may iba't ibang karga. Pagkatapos ng isang serye ng mga matagumpay na eksperimento noong taglagas ng 2012, siya ay ipinadala sa Afghanistan, kung saan siya ay sinubukan sa panahon ng isang armadong labanan. Sa kabila ng maraming positibong pagsusuri, ipinagpaliban ang proyekto. Tulad ng nangyari, ang disenyo ay nagpahirap sa paggawa ng ilang mga paggalaw at aktwal na nadagdagan ang pagkarga sa mga kalamnan, na sumasalungat sa pangkalahatang ideya ng paglikha nito.
2001 – Ang proyekto ng Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX), na orihinal na inilaan para sa hukbo, ay isinasagawa. Sa loob ng balangkas nito, ang mga magagandang resulta ay nakamit sa anyo ng mga autonomous na solusyon na may praktikal na kahalagahan. Una sa lahat, nilikha ang isang robotic device, na nakakabit sa ibabang bahagi ng katawan upang bigyan ang mga binti ng dagdag na lakas. Ang kagamitan ay pinondohan ng Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) at binuo ng Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory, isang dibisyon ng University of California, Berkeley Mechanical Engineering Department. Ang Berkeley exoskeleton system ay nagbibigay sa mga sundalo ng kakayahang magdala ng malalaking kargamento na may kaunting pagsisikap at sa anumang uri ng lupain, tulad ng pagkain, kagamitan sa pagsagip, mga first aid kit, komunikasyon at mga armas. Bilang karagdagan sa mga aplikasyong militar, ang BLEEX ay kasalukuyang gumagawa ng mga proyektong sibil. Kasalukuyang sinisiyasat ng Robotics and Human Engineering Laboratory ang mga sumusunod na solusyon: ExoHiker - isang exoskeleton na pangunahing idinisenyo para sa mga miyembro ng ekspedisyon kung saan kailangang maghatid ng mabibigat na kagamitan, ExoClimber - kagamitan para sa mga taong umaakyat sa matataas na burol, Medical Exoskeleton - isang exoskeleton para sa mga taong may kapansanan pisikal na kakayahan. mga karamdaman sa kadaliang mapakilos ng mas mababang paa.
8. Prototype Sarcos XOS 2 in action
ang teksto
2010 – Lumilitaw ang XOS 2 (8) ay isang pagpapatuloy ng XOS exoskeleton mula sa Sarcos. Una sa lahat, ang bagong disenyo ay naging mas magaan at mas maaasahan, na nagbibigay-daan sa iyo upang iangat ang mga load na tumitimbang ng hanggang 90 kg sa static. Ang aparato ay kahawig ng isang cyborg. Ang kontrol ay batay sa tatlumpung actuator na kumikilos tulad ng mga artipisyal na joints. Ang exoskeleton ay naglalaman ng ilang mga sensor na nagpapadala ng mga signal sa mga actuator sa pamamagitan ng isang computer. Sa ganitong paraan, magaganap ang maayos at tuluy-tuloy na operasyon, at ang gumagamit ay hindi nakakaramdam ng anumang makabuluhang pagsisikap. Ang timbang ng XOS ay 68 kg.
2011-kasalukuyan – Inaprubahan ng US Food and Drug Administration (FDA) ang ReWalk medical exoskeleton (9). Ito ay isang sistema na gumagamit ng mga elemento ng lakas upang palakasin ang mga binti at pinapayagan ang mga taong paralisis na tumayo ng tuwid, lumakad at umakyat sa hagdan. Ang enerhiya ay ibinibigay ng isang backpack na baterya. Ang kontrol ay isinasagawa gamit ang isang simpleng hand-held remote control na nakakakita at nagwawasto sa mga galaw ng user. Ang buong bagay ay idinisenyo ni Amit Goffer ng Israel at ibinebenta ng ReWalk Robotics Ltd (orihinal na Argo Medical Technologies) sa halagang PLN 85. dolyar.
9 na Tao ang Naglalakad Sa ReWalk Exoskeletons
Sa oras ng pagpapalabas, ang kagamitan ay magagamit sa dalawang bersyon - ReWalk I at ReWalk P. Ang una ay ginagamit ng mga institusyong medikal para sa mga layunin ng pananaliksik o therapeutic sa ilalim ng pangangasiwa ng isang medikal na propesyonal. Ang ReWalk P ay inilaan para sa personal na paggamit ng mga pasyente sa bahay o sa mga pampublikong lugar. Noong Enero 2013, isang na-update na bersyon ng ReWalk Rehabilitation 2.0 ang inilabas. Pinahusay nito ang angkop para sa mas matatangkad na tao at pinahusay ang control software. Ang ReWalk ay nangangailangan ng gumagamit na gumamit ng saklay. Ang mga sakit sa cardiovascular at pagkasira ng buto ay binanggit bilang contraindications. Ang limitasyon ay paglago din, sa loob ng 1,6-1,9 m, at timbang ng katawan hanggang 100 kg. Ito ang tanging exoskeleton kung saan maaari kang magmaneho ng kotse.
10. Ex Bionics eLEGS
2012 Inilalahad ng Ekso Bionics, na dating kilala bilang Berkeley Bionics, ang medikal na exoskeleton nito. Nagsimula ang proyekto dalawang taon na ang nakakaraan sa ilalim ng pangalang eLEGS (10), at nilayon para sa rehabilitasyon ng mga taong may iba't ibang antas ng paralisis. Tulad ng ReWalk, ang konstruksiyon ay nangangailangan ng paggamit ng mga saklay. Ang baterya ay nagbibigay ng enerhiya para sa hindi bababa sa anim na oras ng paggamit. Ang Exo set ay nagkakahalaga ng halos 100 thousand. dolyar. Sa Poland, kilala ang proyekto ng exoskeleton Ekso GT, isang medikal na aparato na idinisenyo upang gumana sa mga pasyenteng neurological. Ang disenyo nito ay nagpapahintulot sa paglalakad, kabilang ang mga tao pagkatapos ng mga stroke, mga pinsala sa spinal cord, mga pasyente na may multiple sclerosis o may Guillain-Barré syndrome. Ang kagamitan ay maaaring gumana sa iba't ibang mga mode, depende sa antas ng dysfunction ng pasyente.
2013 – Ang Mindwalker, isang proyektong exoskeleton na kontrolado ng isip, ay tumatanggap ng pondo mula sa European Union. Ang disenyo ay resulta ng pakikipagtulungan ng mga siyentipiko mula sa Free University of Brussels at Santa Lucia Foundation sa Italy. Sinubukan ng mga mananaliksik ang iba't ibang paraan upang makontrol ang device - naniniwala sila na ang brain-neuro-computer interface (BNCI) ay pinakamahusay na gumagana, na nagpapahintulot sa iyo na kontrolin ito gamit ang mga pag-iisip. Ang mga signal ay dumadaan sa pagitan ng utak at ng computer, na lumalampas sa spinal cord. Bina-convert ng Mindwalker ang mga signal ng EMG, ibig sabihin, mga maliliit na potensyal (tinatawag na myopotentials) na lumilitaw sa balat ng isang tao kapag gumagana ang mga kalamnan, sa mga electronic na utos ng paggalaw. Ang exoskeleton ay medyo magaan, tumitimbang lamang ng 30 kg na walang mga baterya. Susuportahan nito ang isang may sapat na gulang na tumitimbang ng hanggang 100 kg.
2016 – Ang ETH Technical University sa Zurich, Switzerland, ay nagho-host ng unang Cybathlon sports competition para sa mga taong may kapansanan na gumagamit ng mga pantulong na robot. Isa sa mga discipline ay ang exoskeleton race sa isang obstacle course para sa mga taong may paralysis ng lower extremities. Sa pagpapakitang ito ng mga kasanayan at teknolohiya, ang mga gumagamit ng exoskeleton ay kailangang gumawa ng mga gawain tulad ng pag-upo sa isang sopa at pagbangon, paglalakad sa mga dalisdis, pagtapak sa mga bato (tulad ng kapag tumatawid sa isang mababaw na ilog ng bundok), at pag-akyat ng hagdan. Ito ay lumabas na walang sinuman ang nakakabisa sa lahat ng mga pagsasanay, at kinuha ang pinakamabilis na mga koponan ng higit sa 50 minuto upang makumpleto ang 8-meter obstacle course. Ang susunod na kaganapan ay magaganap sa 2020 bilang isang tagapagpahiwatig ng pag-unlad ng teknolohiya ng exoskeleton.
2019 – Sa panahon ng mga demonstrasyon sa tag-araw sa Commando Training Center sa Lympston, UK, ipinakita ni Richard Browning, imbentor at CEO ng Gravity Industries, ang kanyang Daedalus Mark 1 exoskeleton jet suit, na gumawa ng malaking impresyon sa militar, at hindi lamang sa British. Anim na maliit na jet engine - dalawa sa kanila ang naka-install sa likod at dalawa sa anyo ng mga karagdagang pares sa bawat braso - pinapayagan kang umakyat sa taas na hanggang 600 m. Sa ngayon, mayroon lamang sapat na gasolina para sa 10 minuto ng paglipad...
