Exoskeletons

Son zamanlar ekzoskeletlər haqqında getdikcə daha çox eşidilsə də, məlum olur ki, bu ixtiranın tarixi on doqquzuncu əsrə gedib çıxır. Onun onilliklər ərzində necə dəyişdiyini və təkamülünün dönüş nöqtələrinin necə göründüyünü öyrənin. 

1. Nikolay Yaqnın patentindən illüstrasiya

1890 – Ekzoskelet yaratmaq üçün ilk innovativ ideyalar 1890-cu əsrə aiddir. 420179-cı ildə Nicholas Yagn ABŞ-da patentləşdirdi (patent No. US XNUMX A) "Gəzməyi, qaçmağı və tullanmağı asanlaşdırmaq üçün cihaz" (1). Bu, ağacdan hazırlanmış zireh idi, məqsədi çox kilometrlik yürüş zamanı döyüşçünün sürətini artırmaq idi. Dizayn optimal həll yolunun sonrakı axtarışı üçün ilham mənbəyi oldu.

1961 - 60-cı illərdə General Electric şirkəti Komel Universitetinin bir qrup alimi ilə birlikdə insan idmanını dəstəkləyən elektrohidravlik kostyumun yaradılması üzərində işə başladı. Man Augmentation layihəsində ordu ilə əməkdaşlıq Hardimanın inkişafına səbəb oldu (2). Layihənin məqsədi insanın təbii hərəkətlərini təqlid edən, demək olar ki, 700 kq ağırlığında olan əşyaları qaldırmağa imkan verən kostyum yaratmaq idi. Kostyumun özü eyni çəkidə idi, lakin maddi çəkisi cəmi 20 kq idi.

2. General Electric prototip istilik dəyişdiricisi

Layihənin uğuruna baxmayaraq, onun faydalılığının cüzi olduğu və ilkin nüsxələrin bahalı olacağı ortaya çıxdı. Onların məhdud hərəkət imkanları və mürəkkəb enerji sistemi sonda bu cihazları yararsız hala saldı. Sınaq zamanı məlum oldu ki, Hardiman cəmi 350 kq yük qaldıra bilir və uzun müddət istifadəsi ilə təhlükəli, razılaşdırılmamış hərəkətlərə meyllidir. Prototipin sonrakı inkişafından yalnız bir qolu tərk edildi - cihazın çəkisi təxminən 250 kq idi, lakin əvvəlki ekzoskelet kimi praktiki deyildi.

70-cı illər. "Ölçüsü, çəkisi, qeyri-sabitliyi və güc problemlərinə görə Hardiman heç vaxt istehsala getmədi, lakin sənaye Man-Mate 60-cı illərdən bəzi texnologiyadan istifadə etdi. Texnologiyanın hüquqlarını GE mühəndislərindən birinin təsis etdiyi Western Space and Marine şirkəti alıb. Məhsul daha da inkişaf etdirilib və bu gün güclə bağlı rəydən istifadə etməklə 4500 kq-a qədər yük qaldıra bilən böyük robot qol şəklində mövcuddur və bu, onu polad sənayesi üçün ideal edir.

3. Serbiyada Mihailo Pupin İnstitutunda tikilmiş ekzoskeletlər.

1972 – Erkən aktiv ekzoskeletlər və insanabənzər robotlar Serbiyadakı Mihailo Pupin İnstitutunda prof. Miomir Vukobratoviç. Birincisi, paraplegiyadan əziyyət çəkən insanların reabilitasiyasını dəstəkləmək üçün ayaqların hərəkət sistemləri hazırlanmışdır (3). İnstitut aktiv ekzoskeletləri inkişaf etdirərkən, həmçinin insanın yerişini təhlil etmək və idarə etmək üçün metodlar hazırlayıb. Bu irəliləyişlərin bəziləri bugünkü yüksək performanslı insanabənzər robotların inkişafına töhfə verib. 1972-ci ildə Belqraddakı ortopediya klinikasında aşağı ətrafların iflicinə qarşı elektron proqramlaşdırmaya malik aktiv pnevmatik ekzoskelet sınaqdan keçirildi.

1985 “Los Alamos Milli Laboratoriyasının mühəndisi piyadalar üçün güclü zireh olan Pitman adlı ekzoskelet hazırlayır. Qurğunun idarə edilməsi xüsusi dəbilqəyə yerləşdirilən kəllə sümüyünün səthini skan edən sensorlara əsaslanırdı. Dövrün texnologiyasının imkanlarını nəzərə alaraq, istehsal etmək üçün çox mürəkkəb bir dizayn idi. Məhdudiyyət ilk növbədə kompüterlərin qeyri-kafi hesablama gücündə idi. Bundan əlavə, beyin siqnallarının işlənməsi və onların ekzoskelet hərəkətlərinə çevrilməsi o dövrdə texniki cəhətdən praktik olaraq qeyri-mümkün olaraq qalırdı.

4. Monty Reed tərəfindən hazırlanmış Exoskeleton Lifesuit.

1986 — Paraşütlə tullanma zamanı onurğasını sındıran ABŞ Ordusunun əsgəri Monti Rid sağ qalma kostyumunun ekzoskeleti hazırlayır (4). O, xəstəxanada sağalarkən oxuduğu Robert Heinleinin "Ulduz gəmisi əsgərləri" elmi fantastika romanındakı mobil piyada kostyumlarının təsvirlərindən ilhamlanıb. Bununla belə, Reed 2001-ci ilə qədər öz cihazında işə başlamadı. 2005-ci ildə o, Vaşinqton ştatının Sietl şəhərində keçirilən Müqəddəs Patrik Günü yarışında 4,8 xilasedici kostyumun prototipini sınaqdan keçirdi. Tərtibatçı orta hesabla 4 km/saat sürətlə 14 kilometr məsafə qət edərək robot kostyumlarında yerimə sürəti rekordu vurduğunu iddia edir. Lifesuit 1,6 prototipi tam doldurularaq 92 km getməyə və XNUMX kq yük qaldırmağa imkan verdi.

1990 - indiki zaman - HAL ekzoskeletinin ilk prototipi Yoshiyuki Sankai tərəfindən təklif edilmişdir (5), prof. Tsukuba Universiteti. Sankai üç il - 1990-cı ildən 1993-cü ilə qədər - ayaq hərəkətini idarə edən neyronları müəyyən etməyə sərf etdi. Avadanlığın prototipini hazırlamaq ona və komandasına daha dörd il çəkdi. 22-ci əsrin əvvəllərində hazırlanmış üçüncü HAL prototipi kompüterə qoşuldu. Batareyanın özü demək olar ki, 5 kq ağırlığında idi, bu da onu çox qeyri-mümkün etdi. Bunun əksinə olaraq, HAL-10-un sonrakı modeli cəmi 5 kq ağırlığında idi və batareya və idarəetmə kompüteri istifadəçinin belinə sarılı idi. HAL-XNUMX hal-hazırda Yapon şirkəti Cyberdyne Inc tərəfindən istehsal olunan dörd ayaqlı tibbi ekzoskeletdir (baxmayaraq ki, yalnız aşağı ətraflar üçün versiya da mövcuddur). Tsukuba Universiteti ilə əməkdaşlıq edir.

5. Professor Yoshiyuki Sankai ekzoskelet modellərindən birini təqdim edir.

Həm daxili, həm də açıq havada təxminən 2 saat 40 dəqiqə işləyir. Ağır əşyaları qaldırmağa kömək edir. İdarəetmə vasitələrinin və sürücünün korpusun içərisindəki konteynerlərdə yerləşməsi əksər ekzoskeletlərə xas olan, bəzən böyük həşəratı xatırladan “kürək çantasından” xilas olmağa imkan verdi. Hipertoniya, osteoporoz və hər hansı ürək xəstəliyi olan insanlar HAL-dan istifadə etməzdən əvvəl həkimlə məsləhətləşməlidirlər və əks göstərişlərə ürək stimulyatoru və hamiləlik daxildir, lakin bunlarla məhdudlaşmır. HAL FIT proqramının bir hissəsi olaraq istehsalçı həm xəstə, həm də sağlam insanlar üçün ekzoskeletlə müalicə seanslarından istifadə etmək imkanını təklif edir. Dizayner HAL iddia edir ki, təkmilləşdirmənin növbəti mərhələləri istifadəçiyə sərbəst hərəkət etməyə və hətta qaçmağa imkan verəcək nazik kostyumun yaradılmasına yönəldiləcək. 

2000 - prof. Homayoun Kazeruni və Ekso Bionics-dəki komandası Universal İnsan Yük Daşıyıcısı və ya HULC inkişaf etdirir (6) hidravlik ötürücülü simsiz ekzoskeletdir. Onun məqsədi döyüşən əsgərlərə maksimum 90 km/saat sürətlə 16 kq-a qədər olan yükləri uzun müddət daşımağa kömək etməkdir. Sistem 26 fevral 2009-cu ildə AUSA Qış Simpoziumunda Lockheed Martin ilə lisenziya razılaşması əldə edildikdə ictimaiyyətə təqdim edildi. Bu dizaynda istifadə edilən dominant material yüksək mexaniki və möhkəmlik xüsusiyyətlərinə malik yüngül, lakin nisbətən bahalı material olan titandır.

Ekzoskelet 68 kq-a qədər olan əşyaları (qaldırma qurğusu) daşımağa imkan verən vantuzlarla təchiz edilmişdir. Güc 20 saata qədər optimal yükdə cihazın normal işləməsini təmin edən dörd litium-polimer batareyadan təmin edilir. Ekzoskelet müxtəlif döyüş şəraitində və müxtəlif yüklərlə sınaqdan keçirilib. 2012-ci ilin payızında bir sıra uğurlu təcrübələrdən sonra o, Əfqanıstana göndərilib və orada silahlı münaqişə zamanı sınaqdan keçirilib. Çoxlu müsbət rəylərə baxmayaraq, layihə dayandırıldı. Məlum oldu ki, dizayn müəyyən hərəkətləri yerinə yetirməyi çətinləşdirdi və əslində əzələlərə yükü artırdı, bu da onun yaradılmasının ümumi fikrinə zidd idi.

2001 – Əvvəlcə əsasən ordu üçün nəzərdə tutulan Berkeley Aşağı Ekstremite Ekzoskeleti (BLEEX) layihəsi davam edir. Onun çərçivəsində praktiki əhəmiyyət kəsb edən avtonom həllər şəklində perspektivli nəticələr əldə edilmişdir. İlk növbədə ayaqlara əlavə güc vermək üçün bədənin aşağı hissəsinə bərkidilmiş robot qurğu yaradılıb. Avadanlıq Müdafiə Qabaqcıl Tədqiqat Layihələri Agentliyi (DARPA) tərəfindən maliyyələşdirilib və Kaliforniya Universitetinin Berkli Mexanika Mühəndisliyi Departamentinin bölməsi olan Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory tərəfindən hazırlanıb. Berkeley ekzoskelet sistemi əsgərlərə qida, xilasetmə avadanlığı, ilk yardım dəstləri, rabitə vasitələri və silahlar kimi istənilən növ ərazi üzərində minimal səylə böyük faydalı yükləri daşımaq imkanı verir. Hərbi tətbiqlərə əlavə olaraq, BLEEX hazırda mülki layihələr hazırlayır. Robototexnika və İnsan Mühəndisliyi Laboratoriyası hazırda aşağıdakı həlləri araşdırır: ExoHiker - ağır texnikanın daşınmasına ehtiyac olan ekspedisiya üzvləri üçün nəzərdə tutulmuş ekzoskelet, ExoClimber - yüksək təpələrə qalxan insanlar üçün avadanlıq, Tibbi Ekzoskelet - əlillər üçün ekzoskelet fiziki imkanlar. alt ekstremitələrin hərəkətliliyinin pozulması.

8. Sarcos XOS 2 prototipi işləyir

mətn

2010 – XOS 2 görünür (8) Sarkosun XOS ekzoskeletinin davamıdır. Hər şeydən əvvəl, yeni dizayn daha yüngül və etibarlı hala gəldi, statik olaraq 90 kq-a qədər çəkisi olan yükləri qaldırmağa imkan verir. Cihaz kiborqa bənzəyir. İdarəetmə süni birləşmələr kimi fəaliyyət göstərən otuz ötürücüyə əsaslanır. Ekzoskelet kompüter vasitəsilə ötürücülərə siqnal ötürən bir neçə sensordan ibarətdir. Beləliklə, hamar və davamlı əməliyyat baş verir və istifadəçi heç bir ciddi səy hiss etmir. XOS çəkisi 68 kq-dır.

2011 - indiki zaman - ABŞ Qida və Dərman İdarəsi (FDA) ReWalk tibbi ekzoskeletini təsdiqləyir (9). Ayaqları gücləndirmək üçün güc elementlərindən istifadə edən və iflic olan insanların düz ayağa qalxmasına, yeriməyə və pilləkənlərə qalxmasına imkan verən sistemdir. Enerji sırt çantasının batareyası ilə təmin edilir. İdarəetmə istifadəçinin hərəkətlərini aşkarlayan və düzəldən sadə əl pultu vasitəsilə həyata keçirilir. Bütün şey israilli Amit Goffer tərəfindən hazırlanmışdır və ReWalk Robotics Ltd (əslində Argo Medical Technologies) tərəfindən təxminən 85 PLN-ə satılır. dollar təşkil edib.

9 nəfər ReWalk Ekzoskeletlərində Gəzir

Buraxılış zamanı avadanlıq iki versiyada mövcud idi - ReWalk I və ReWalk P. Birincisi tibb müəssisələri tərəfindən tədqiqat və ya müalicə məqsədləri üçün tibb işçisinin nəzarəti altında istifadə olunur. ReWalk P xəstələrin evdə və ya ictimai yerlərdə şəxsi istifadəsi üçün nəzərdə tutulub. 2013-cü ilin yanvar ayında ReWalk Rehabilitation 2.0-ın yenilənmiş versiyası buraxıldı. Bu, uzun boylu insanlar üçün uyğunluğu yaxşılaşdırdı və idarəetmə proqramını təkmilləşdirdi. ReWalk istifadəçidən qoltuqağaqlardan istifadə etməyi tələb edir. Əks göstərişlər kimi ürək-damar xəstəlikləri və sümük kövrəkliyi qeyd olunur. Məhdudiyyət həmçinin 1,6-1,9 m arasında böyümə və 100 kq-a qədər bədən çəkisidir. Bu, avtomobil idarə edə biləcəyiniz yeganə ekzoskeletdir.

10. Ex Bionics eLEGS

2012 Əvvəllər Berkeley Bionics kimi tanınan Ekso Bionics, tibbi ekzoskeletini təqdim etdi. Layihə iki il əvvəl eLEGS adı ilə başlamışdır (10) və müxtəlif dərəcələrdə iflic olan insanların reabilitasiyası üçün nəzərdə tutulmuşdu. ReWalk kimi, tikinti də qoltuqağanın istifadəsini tələb edir. Batareya ən azı altı saat istifadə üçün enerji təmin edir. Exo dəsti təxminən 100 minə başa gəlir. dollar təşkil edib. Polşada nevroloji xəstələrlə işləmək üçün nəzərdə tutulmuş tibbi cihaz olan Ekso GT ekzoskeletinin layihəsi məlumdur. Onun dizaynı insult, onurğa beyni zədələri, dağınıq skleroz və ya Guillain-Barré sindromu olan xəstələr də daxil olmaqla, yeriməyə imkan verir. Avadanlıq xəstənin disfunksiya dərəcəsindən asılı olaraq bir neçə fərqli rejimdə işləyə bilər.

2013 – Mindwalker, ağılla idarə olunan ekzoskelet layihəsi Avropa İttifaqından maliyyə alır. Dizayn Brüssel Azad Universitetinin alimləri ilə İtaliyanın Santa Lucia Fondu arasında əməkdaşlığın nəticəsidir. Tədqiqatçılar cihazı idarə etməyin müxtəlif üsullarını sınaqdan keçiriblər - onlar hesab edirlər ki, beyin-neyro-kompüter interfeysi (BNCI) ən yaxşı işləyir və bu, onu düşüncələrlə idarə etməyə imkan verir. Siqnallar onurğa beynindən yan keçərək beyin və kompüter arasında keçir. Mindwalker EMQ siqnallarını, yəni əzələlər işləyərkən insanın dəri səthində görünən kiçik potensialları (miopotensiallar adlanır) elektron hərəkət əmrlərinə çevirir. Ekzoskelet kifayət qədər yüngüldür, batareyasız cəmi 30 kq ağırlığında. Çəkisi 100 kq-a qədər olan yetkinləri dəstəkləyəcək.

2016 – İsveçrənin Sürix şəhərindəki ETH Texniki Universitetində köməkçi robotlardan istifadə edən əlillər üçün ilk Cybathlon idman yarışı keçirilir. Disiplinlərdən biri də aşağı ətrafların iflicindən əziyyət çəkən insanlar üçün maneəli yolda ekzoskelet yarışı idi. Bu bacarıq və texnologiya nümayişində ekzoskelet istifadəçiləri divanda oturmaq və ayağa qalxmaq, yamaclarda yerimək, qayaların üzərində addımlamaq (dayaz dağ çayını keçərkən) və pilləkənlərə qalxmaq kimi tapşırıqları yerinə yetirməli idilər. Məlum olub ki, heç kim bütün məşqləri mənimsəyə bilməyib və ən sürətli komandalara 50 metrlik maneələr zolağına 8 dəqiqədən çox vaxt lazım olub. Növbəti tədbir ekzoskelet texnologiyasının inkişafının göstəricisi kimi 2020-ci ildə baş tutacaq.

2019 – Böyük Britaniyanın Lympston şəhərindəki Komando Təlim Mərkəzində keçirilən yay nümayişləri zamanı Gravity Industries şirkətinin ixtiraçısı və baş direktoru Riçard Brauninq özünün Daedalus Mark 1 ekzoskeletli reaktiv kostyumunu nümayiş etdirdi və bu, təkcə ingilislərdə deyil, hərbçilərdə də böyük təəssürat yaratdı. Altı kiçik reaktiv mühərrik - onlardan ikisi arxada, ikisi isə hər qolda əlavə cütlər şəklində quraşdırılıb - 600 m-ə qədər hündürlüyə qalxmağa imkan verir.Hələlik 10 dəqiqəlik uçuş üçün kifayət qədər yanacaq var. uçuş...