Все по плечу

Пример использования экзоскелета

В США создан экзоскелет второго поколения

Идея создания устройства, позволяющего в несколько раз увеличить мускульную силу человека, существует уже несколько десятков лет. За это время было представлено множество вариантов экзоскелетов, некоторые из которых были забракованы. 28 сентября американская Raytheon показала экзоскелет второго поколения, уже умеющий многое, но все равно еще не пригодный для массового использования. Однако если учесть скорость, с которой ведутся разработки, то до появления серийных силовых устройств остается не так уж и много времени.

Быстрее, выше, сильнее

Впервые требования к экзоскелету для Армии США были сформулированы в 1963 году. Он должен был обеспечивать защиту бойцов, одновременно увеличивая их мускульную силу и уменьшая утомляемость. Работы в рамках проекта тогда вела американская компания General Electric, которая представила первый готовый продукт в конце 1960-х годов. Экзоскелет получил название Hardiman. Благодаря ему, по расчетам инженеров, человек мог бы поднять предмет массой 110 килограммов, прилагая усилия, необходимые для перемещения груза массой 4,5 килограмма.

XOS 1

Hardiman весил 680 килограммов, был неудобен в использовании и отличался замедленной реакцией на действия оператора. Кроме того, одновременное использование частей экзоскелета для верхних и нижних конечностей по необъяснимой причине приводило к неконтролируемому движению конструкции, что могло представлять потенциальную опасность для человека. Из-за этого испытания костюма, надетого на человека, так и не были проведены. Проект получил лишь частичное продолжение - General Electric занялась разработкой механической руки.

Готовый вариант руки, которая могла быть интегрирована в экзоскелет, был представлен в начале 1970-х годов. При помощи нее человек получал возможность с минимальными усилиями поднимать грузы массой до 340 килограммов. Основным недостатком руки была ее масса - почти 750 килограммов. Учитывая, что для экзоскелета нужны два подобных приспособления, да еще и комплект ног в придачу, все устройство могло весить под три тонны, что совершенно не удовлетворяло военных. Проект был закрыт, а новые разработки с тех пор не появлялись почти четверть века.

Свое продолжение идея механизированного солдата получила в начале 2000-х годов, когда Управление перспективных разработок (DARPA) министерства обороны США обнародовало семилетнюю программу создания экзоскелетов. Общий объем финансирования программы составил 75 миллионов долларов, часть из которых получил консорциум Raytheon и Sarcos. Вскоре компании показали военным прототип относительно легкого устройства, использующего систему связи человека с электронно-механической частью экзоскелета, которая обеспечивала практически полную синхронизацию движений оператора и механического каркаса.

Механический воин

Полноценный прототип экзоскелета, получившего название XOS, компании Sarcos и Raytheon представили в 2008 году. Он представлял собой металлическую конструкцию с множеством компактных приводов движения, датчиков мускульной активности и гидравлических клапанов. Конструкция обеспечивала силовую поддержку верхних и нижних конечностей оператора, позволяя без усилий поднимать значительный вес. На спине оператора располагался компьютер, который координировал движения экзоскелета в соответствии с движениями человека. При этом уже все движения осуществлялись синхронно.

XOS 2

Существенными недостатками устройства были высокое энергопотребление и, как следствие, отсутствие автономности, а также ограниченность оператора в движениях. Впрочем, спустя всего два года часть этих ограничений была снята. В конце сентября 2010 года Raytheon показала прототип экзоскелета XOS 2 второго поколения. Это устройство, по другому называемое носимым роботизированным костюмом, стало легче, быстрее и защищеннее от факторов окружающей среды. Кроме того, экзоскелет стал потреблять вдвое меньше энергии. Тем не менее, отказаться от силового кабеля, обеспечивающего аппарат электричеством, инженерам пока не удалось.

XOS 2 весит около 70 килограммов и позволяет оператору поднимать грузы массой до 91 килограмма без приложения каких-либо усилий.

Экзоскелеты серии XOS пока разрабатываются с прицелом на военных, занятых транспортировкой различных грузов, а также техников ВВС, оснащающих самолеты вооружением перед вылетом. В полевых условиях использование экзоскелета позволит отказаться от различных погрузочных и транспортировочных машин или домкратов - все тяжести будет переносить оператор костюма. В перспективе планируется создать и боевой экзоскелет, обеспечивающий высокую защиту бойцов и снижающий их утомляемость. Правда, до этого еще далеко. Ведь инженерам придется подумать над значительным уменьшением габаритов устройства, а также его эргономичностью, от которой в боевых действиях будет зависеть жизнь бойца.

Пока же Raytheon и Sarcos занимаются созданием третьего поколения экзоскелетов XOS 3, в которых уже будет реализована автономность, а энергопотребление будет составлять всего 20 процентов от аналогичного показателя XOS 1. Кроме того, новый экзоскелет станет более маневренным и подвижным. Тем не менее, вместе с автономностью инженерам придется решать другую задачу - емкости источника энергии для экзоскелета. Ведь, согласитесь, будет неприятно, если у такого аппарата батарейка "сядет" в момент оснащения самолета перед срочным боевым вылетом.

Другие решения

Пока одни компании создают полноценный вариант экзоскелета, другие решили сосредоточиться на создании отдельных его частей. В частности, с 2004 года Калифорнийский университет ведет создание "роботизированных ног", или "экзоскелета нижних конечностей" HULC. Финансирование ведет DARPA. Существующий сегодня прототип устройства весит около 45 килограммов и оснащен примерно 40 гидравлическими механизмами и сенсорами. Механические ноги соединены жесткими креплениями с ботинками и фиксируются в коленях и бедрах специальными ремнями.

Предполагается, что HULC позволит солдатам переносить значительные по весу грузы. В ходе первых испытаний доброволец носил рюкзак массой около 30 килограммов, не ощущая практически никакой тяжести. При этом конструкция HULC позволяет оператору бегать, прыгать, ходить пригнувшись или даже ползти. Работу аппарата на протяжении 72 часов обеспечивают четыре литий-ионных аккумуляторных батареи. Последний прототип устройства оснащен системой быстрого сброса, которая позволяет в случае необходимости скинуть "робоноги" за 30 секунд.

В октябре 2009 года Министерство обороны России объявило, что финансирует разработку новой боевой экипировки для сухопутных войск, ВДВ и морской пехоты. Экипировка," которая получила название "Боец-21", будет использовать элементы экзоскелета, облегчающего передвижение вооруженного бойца. Ожидается, что разработка экипировки завершится к 2015 году. Предположительно, новый комплект экипировки будет весить 22 килограмма.

HAL 5

Между тем, идея экзоскелета получила широкое распространение и за пределами "оборонки". Например, японская компания Cyberdyne занимается созданием экзоскелета HAL, разные версии которого предназначены для спасательных служб и инвалидов. Этот аппарат позволяет человеку поднимать груз, масса которого в пять раз больше обычного, что важно для спасателей, работающих на завалах. Людям же с ограниченной подвижностью HAL 5 позволит преодолеть двигательные ограничения. Созданием "робоног" для инвалидов занимается и японская Honda.

Новозеландская Rex Bionics разрабатывает более совершенные "робоноги" для людей с парализованными нижними конечностями. Ожидается, что такой экзоскелет позволит инвалидам стоять, ходить по горизонтальным и наклонным, гладким и неровным поверхностям, а также разворачиваться на месте и подниматься и спускаться по лестнице. Первый прототип устройства весит всего 38 килограммов.

По-видимому, до полноценного внедрения экзоскелетов в гражданскую жизнь остались считанные годы. Существующие устройства уже способны обеспечить высокую подвижность и защиту людям, чьими профессиональными обязанностями не является война. Если же говорить о боевом применении роботизированных костюмов, то здесь не все так радужно. Да, военные грузчики уже скоро смогут оценить все преимущества экзоскелетов, но солдатам придется еще подождать, пока электронно-механические каркасы не станут портативнее, удобнее, быстрее и автономнее.

Василий Сычев
LENTA.RU