Экзоскелеты. Iron Man

Люди всегда мечтали стать сильнее, чем они есть на самом деле. А некоторые из них старались свои мечты воплощать в жизнь Первым таким изобретением стал рычаг, потом блок и канат для подъема грузов. При помощи этих нехитрых приспособлений человек может поднять груз намного тяжелее своего тела. Но ведь хочется большего. Хочется без блоков и канатов, без рычагов, своими руками.

Погрузчик, экзоскелет Caterpillar Р-5000-AlienШагающий погрузчик Caterpillar Р-5000. Кадр из фильма «Чужой»

Нет. своими руками, конечно, не получится. Но любой человек сможет сделать это при помощи экзоскелета.
Экзоскелет—это усилитель человеческих мускулов, Это такая штука, которая делает человека во много крат сильнее — такие машины очень нужны в армии.

Один солдат в подобном экзоскелете запросто заменит троих-четверых. К тому же одним ударом своего железного кулака сможет сокрушить, наверно, и кирпичную кладку. Более простые конструкции могут быть использованы в бытовых условиях для подъема тяжестей, а так же они могут помочь инвалидам и пожилым людям, имеющим проблемы с опорно-двигательным аппаратом. Если когда-нибудь появятся в продаже доступные упрощенные экзоскелеты, то наверняка они будут пользоваться успехом у туристов, которые любят многокилометровые пешие прогулки по пересеченной местности.

Первыми экэоскелетами были обычные костыли, но людям этого было мало. Им захотелось создать симбиоз человека и машины. Мечта стать сильнее, чем мы есть, трансформировалась в образ, которому и дали это странное название — экзоскепет,

ЭКЗОСКЕЛЕТЫ В ФАНТАСТИКЕ

Вначале экзоскелеты появились в фантастических романах. Так, Иван Ефремов в романе «Туманность Андромеды» (1957) ввел особые «прыгающие скелеты». Вот как их описывает писатель:
«В шлюзовой каюте у выхода были заранее приготовлены биологические скафандры и «прыгающие скелеты» — стальные, обшитые кожей каркасы с электродвигателем, пружинами и амортизаторами для индивидуального передвижения при увеличенной силе тяжести, которые надевались поверх скафандров».

А вот он описывает саму прогулку по планете с высокой силой тяжести:
«Без большой практики было очень трудно координировать собственное тело с движением рычагов стального «скелета». От этого ходьба сопровождалась толчками и жестоким встряхиванием. Даже из короткого похода люди А Роберт Хайнлайн использует экзоскелет уже в военных целях В 1959 году он написал роман «Звездный десанте, (получившей премию «Хьюго» год спустя после написания) в котором показывает бронированный скафандр, облачившись в который, человек может бегать, прыгать, летать при помощи встроенных ракетных двигатепей и еще много полезных и не очень полезных вещей.

В 1987 году Станислав Лем создал свой последний роман, после которого он перестал писать художественную литературу и посвятил оставшиеся девятнадцать лет жизни философии и литературной критике, Роман называется «Фиаско», сейчас не важно о чем велось в нем повествование, главная наша тема — экзоскелеты.

Вот что пишет Лем по этому поводу:
«Большеходы стали воплощением концепции экзоскелета. который в качестве внешнего усилителя человеческого тепа был известен по многим прототипам двадцатого столетия. Изобретение осталось на стадии разработки, поскольку на Земле для него не было применения. Эта идея возродилась при освоении Солнечной системы. Появились машины, приспособленные к планетам, на которых они должны были работать, к местным задачам и условиям…. Большеходу нельзя делать резких движений — как нельзя мгновенно остановить в море крейсер или вращать стрелой подъемного крана, как пропеллером…»

Конечно же, писатель немного ошибся — скорее всего, экзоскелеты найдут применение на Земле и когда-нибудь будут доступны так же, как сейчас доступны мобильные телефоны, Тема экзоскелетов также мелькает и в фантастических фильмах. Надеюсь, все помнят «Чужого», где смелая Рипли борется с монстром, стоя внутри погрузчика.

А если взять фильм «Железный человек» (2008), то он и вовсе целиком посвящен теме экзоскелета.
Можно было бы привести и другие примеры, но пока ограничимся вышеприведенными.

Экзоскелет из фильма AvatarЭкзоскелет из фильма «Аватар» (2009)

Когда появились прототипы экзоскелета? Имеют ли они право на существование? Почему до сих пор нет реально действующих моделей этих чудо-машин, этих усилителей наших мускулов? Сейчас попытаемся в этом разобраться.

ПЕРВАЯ ЛАСТОЧКА

Первая ласточка оказалась неповоротливым бегемотом. Первый рабочий экзоскелет был разработан компанией General Electric в шестидесятые годы двадцатого века. Это была громоздкая конструкция. Человек помещался внутри этой стальной машины и напоминал огромного железного рака — двигался он очень медленно, две огромные рачьи клешни, которыми манипулировал оператор, отвечали на приказы неохотно, и ему с огромным трудом удавалось удерживать их под контролем Гидравлические клешни подразумевали насосы, которые и двигают гидравлику — и без того массивный Hardiman, как назывался этот монстр, зависел от еще больших размеров периферии — электрогенераторов и вспомогательной аппаратуры, которой было оборудовано довольно-таки боль-шов помещение.

Конструкция экзоскелета Hardiman должна была увеличить силу оператора в тридцать раз, то есть один человек мог бы заменить целую топпу грузчиков. По крайней мере один оператор внутри Hardiman теоретически должен был способен поднять груз весом в 1500 фунтов На эту разработку возлагали большие надежды военные — Hardiman был бы очень полезен на авианосцах при загрузке бомб и ракет. Но мечты не всегда становятся реальностью — дальше опытных образцов дело не пошло. В конструкции экзоскелета было несколько существенных недоработок.

Экзоскелет Hardiman

Во-первых, он не мог адекватно передвигаться даже по ровной поверхности — при каждом шаге оператор рисковал упасть и погибнуть под тяжестью этой машины. Ходить по-человечески Hardiman наотрез отказывался, и мало кто из нормальных людей согласился бы управлять таким капризным железным человеком. Вторая недоработка — из запланированных 700 килограмм Hardiman смог выжать только 300, а если учесть, что конструкция весила вдвое больше, то это рекордом не назовешь. К 1970 году удалось заставить работать только одну клешню, что тоже не посчитали очень хорошим результатом. А если учесть вагон и маленькую тележку периферийного оборудования, то проект и вовсе показался неперспективным. Даже сейчас еще не найдено альтернативы портативного источника питания для подобных громадин.

Несколько лет помечтали — и хватит В 1971 году проект Hardiman был заморожен за отсутствием видимых перспектив развития.

Потом, в фильме «Чужой», появился шагающий погрузчик Caterpillar Р-5000, которым ловко управляла лейтенант Рипли. В основу этого несуществующего в реальности погрузчика бып положен именно Hardiman. Вот только в фильме электрические кабеля остались за кадром, и машина показана как полностью автономный погрузчик. Именно такой, какой и хотели сделать умельцы из General Electric. Но не смогли.

Люди и в дальнейшем не оставляли попыток сделать себя киборгами, уж очень хотелось им научиться играть железными мускулами, почувствовать мощь своего железного тела. Есть две основные мечты — научиться летать и стать сильным, как слон. Если летать люди научились при помощи парашютов и парапланов, то есть, обходясь минимумом, то стать сильными пока не удается.

После нескольких попыток создать эффективный экзоскелет наступило долгое затишье. Лишь изредка проскакивали проекты, которые не шли дальше ватмана, и лишь недавно стали появляться рабочие модели. Если зкзоскепеты для обычных людей-инвалидов уже почти готовы к выходу в свет, то с военными разработками пока полный стоп.

СОВРЕМЕННЫЕ РОБО-КОСТЮМЫ XOS

В течение нескольких лет, начиная с 2000 года, компания Sacros работала в области микроэлектромеханических систем, занимаясь разработкой робототехники. 12 ноября 2007 ее купила американская компания Raytheon, крупный поставщик военного ведомства США. взяв разработки под свой контроль. Кроме экзоскелетов, Sacros разрабатывала роботизированные манекены, а также это она создавала динозавров для фильма «Парк Юрского периода».

Экзоскелет XOS

Показ экзоскелета XOS был, видимо, приурочен к выходу фильма «Железный человек», и даже рекламные ролики от Raytheon содержали кадры из этого фильма. Одна неясность с названием — везде этот экзоскелет называют XOS — везде, кроме компании Raytheon. Видимо, это просто укороченное название на английском — Exosceleton.

Действует этот робот примерно так же, как и все остальные такого типа. У него есть сенсоры, которые регистрируют мышечные сокращения и передают сигналы на моторы. Причем моторы реагируют быстро, но человек, втиснутый в XOS. все же ощущает небольшую задержку движения. И — самое главное — экзоскелет увеличивает силу человека в двадцать раз. то есть человек без усилий может поднять груз весом в 200 кг. Правда, переносить такие грузы на спине он навряд ли сможет, но оторвать от земли этот вес под силу.
Никаких подробностей разработчики не сообщали, видимо, боясь конкурентов. Да и экзоскелет еще не вполне доработан до конца, так что рано ставить точки над I.

На показе экзоскелета оператор, который надел на себя этот костюм — или. вернее будет сказано, влез в него — чего только не делал! Он и отжимался с грузом на спине весом в девяносто килограмм, и таскал различные тяжести, и ходил по наклонной плоскости, а также быстрыми и точными движениями бил по боксерской груше. И все это он делал с такой легкостью, будто совершал утреннюю прогулку.

Изначально XOS рассчитан на военных, то есть для погрузки боеприпасов, а также для участия в боевых действиях. Однако Стивен Якобсен, директор Sarcos и руководитель проекта, надеется, что изобретение найдет свое место не только для разгрузочных работ, но и для помощи людям с ограниченными физическими возможностями.

Одна большая проблема этого экзоскелета, да и многих других тоже—отсутствие портативного источника питания. На данном этапе XOS может использоваться только в тех местах, где его есть куда подключить при помощи толстенного электрического кабеля. Наверно, пока это будут только военные склады боеприпасов.
В будущем, если проблемы с питанием будут решены, подобные костюмы можно будет одевать в броню — и получится настоящий «Железный человек». Однако война — это не самый лучший способ использования новых технологий. Будем надеяться, что эти костюмы будут использоваться в первую очередь в мирных целях.

* * *

Так уж повелось, что любое изобретение, как бы грустно это не звучало, сначала находит применение в военных целях, и только потом его начинают использовать мирные граждане. Первым каменным топором наверняка сначала раскроили череп противника, и лишь после этого им стали рубить ветки для костров. Атом впервые испытали на Хиросиме. А мирным его сделали намного позже.

Хотя есть 11 исключения — порох изначально использовался для увеселительных салютов, убивать он начал в средние века. Но экзоскелеты — не исключение. Несмотря на то, что есть много мирных разработок, началось все именно с армейских заказов.

Мы уже говорили о двух экзоскелетах. Это первая ласточка Hardiman компании General Electric, которая так и не научилась летать, и робокостюм XOS компании Sacros. Пока это всего лишь опытные образцы с кучей недостатков, но когда-нибудь люди решат основные проблемы, из-за которых пока ни в одной армии еще нет этих человеко-танков. Сейчас испытания экзоскелетов больше похожи на показ мод и не идут дальше дефилирования по подиуму. Но, возможно, пройдет несколько лет — и солдат смогут одеть в робокостюмы.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГРУЗОВОЙ ЭКЗОСКЕЛЕТ HULC

Аббревиатура HULC расшифровывается как Human Universal Load Carrier exoskeleton (Универсальное транспортировочное устройство для человека).

Изначально над прототипом этого экзоскелета работала калифорнийская компания Berkeley Bionics. Работала она по заказу агентства DARPA в рамках проекта по внедрению высоких технологий в военную сферу. Назывался их экзоскелет BLEEX (Berkeley Lower Extremity Exoskeleton). Но после их разработки выкупила компания Lockheed Martin и внеся некоторые доработки, создала на основе BLEEX новую модель — экзоскелет HULC.

В начале 2009 года в штате Флорида проходил армейский симпозиум Army Winter Symposium. На нем компания Lockheed Martin показана подготовленный к серийному производству силовой экзоскелет HULC. Ну, любят американцы дешевые рисовки — этого у них не отнимешь. Если демонстрация экзоскелета XOS компаний Raytheon и Sacros был приурочен к показу фильма «Железный человеке, то HULC должен ассоциироваться с зеленым человечком из бпокбастера «Невероятный Халк». Больше всего меня удивляет, что на подобный пиар идут не какие-то гламурные проекты, а серьезные военно-промышленные компании. Ну да ладно, речь не об этом.

Экзоскелет HULC

Образец экзоскелета позволяет переносить груз до 90 кг в течение 1 часа со средней скоростью почти 5 км/ч и возможностью кратковременных ускорений до 16 км/ч. Питается он от литий-полимерной батареи, которая весит всего-то два килограмма. Планируется оснастить HULC другими источниками питания: компания Lockheed Martin разрабатывает бесшумный топливный генератор, работающий на реактивном топливе. От подобного генератора костюм HULC сможет работать до 3 суток на одной заправке, и это в том случае, если солдат будет двигаться по 8 часов в день.

Пока костюм HULC — это только сильные ноги и крепкое тело. До рук дело еще не дошло. Но, несмотря на это. уже создана специальная система креплений, которая позволяет устанавливать на экзоскелет дополнительное оборудование, такое как броню, различные датчики или даже станковый пулемет. При всем при этом солдат, не ощущая большой тяжести, сможет спокойно передвигаться.

Экзоскепет HULC — это кость в горле создателей робо-костюма XOS. Во-первых, он весит всего 55 фунтов (25 кг), его можно быстро надеть, снять и перенести в небольшом чемоданчике. Во-вторых, HULC не нуждается в толстенных удавах-кабелях В третьих, создатели утверждают, что даже если заряд батарей закончится, то HULC все равно облегчит движение солдату и компенсирует удары и нагрузку, А человек в экзоскелете XOS с отрубленным кабелем будет похож на танкиста в подбитом танке, выбраться из которого без посторонней помощи будет проблемно.

PISCES — РОБОКОСТЮМ АКВАЛАНГИСТА

Многие из нас любят плавать под водой. И все знают, что очень много человеческих усилий уходит на преодоление сопротивления воды, чтобы преобразовать силу в поступательное движение. КПД, честно говоря, никакой — около 3%. Надев на ноги ласты, мы увеличим КПД до 10-15% — и все. Есть, конечно, и механические приспособления для облегчения плавания под водой. Но сейчас они уже не совсем актуальны. Устарели они. Если кто видел фильм «Бриллиантовая рука», то наверняка помнит эпизод, в котором герой плывет под водой при помощи механической торпеды Они и сейчас используются, но эти штуки слишком уж массивны и их легко обнаружить.

Уже после того, как были опробованы экзоскелеты XOS и HULC. американские военные задумались о таком же робо-костюме, но только для аквалангистов. Ведь часто бойцам спецслужб приходится высаживаться в самых неожиданных местах. А порою удобней всего делать это на морском берегу — тихо-мирно выбраться, спрятать акваланг и — в атаку! Но если человек проплыл под водой не один километр, то какая уж тут атака, он устал, у него нет сил — никакая физическая подготовка не поможет. Вот тут военные и заказали ученым разработать экзоскелет для аквалангистов.

кзоскелеты аквалангистов POWERSWIM и PISCESPOWERSWIM И PISCES – ЭКЗОСКЕЛЕТЫ ДЛЯ ВОДОЛАЗОВ

Работать над созданием экзосхелета предложили исследователям из института когнитивных способностей человека и машин (Institute for Human and Machine Cognition) — Питеру Нойхаусу и Джерри Пратту. Дело в том. что эти специалисты по двигательным функциям человека и животных в 2004 году разработали прототип экзоскелетэ для плавания под водой — тогда они не думали о военных и делали гражданскую модель. Идея была очень простая — на бедрах и икрах укреплены небольшие моторы, на спине батарея — ноги не устают, мышцы не напрягаются, и пока аккумулятор не сядет, аквалангист может плыть и плыть.

PISCES — «Вспомогательный самодостаточный экзоскелет для плавания» (Performance Improving Self Coniained Exoskeleton for Swimming) — гак называется новый экзоскелет, разработанный на основе старой модели. В основу концепции заложена подражательная физиология. Люди часто перенимают у животных способы передвижения — на этот раз исследователи копировали движения дельфинов и морских черепах. Кстати, одна из первых наработок позаимствовала способ движения в воде у пингвинов, и экзоскелет был снабжен пингвиньими крылышками. Но после некоторых расчетов все же победили дельфины и черепахи — хотя бы потому, что дельфины пользуются одними только хвостами.

Экзоскелет в отличие от торпед-буксировщиков практически бесшумен и поэтому аквалангиста, облаченного в подобный робохостюм. обнаружить будет довольно сложно. Во-вторых, действуя лишь ногами («хвостом)*), аквалангист полностью освобождает руки для различных манипуляций.

Сейчас уже есть рабочие модели, они проходят испытания и вроде бы показывают неплохие результаты Конечно же, сначала все идет на оборонку, ко Питер Нойхаус уверен, что в дальнейшем на базе PISCES можно будет делать экзоскелеты для инвалидов.

РЕАКТИВНЫЙ ЧЕЛОВЕК-САМОЛЕТ EXO-WING

Чего только в легендах и сказках не услышишь. И ковры-самолеты, и крылья Икара. А американская компания Atair Aerospace взяла и сделала рюкзак-самолет. Вообще-то эта компания занимается разработкой и созданием техники для доставки грузов по воздуху. Парапланы, парашюты — это одна из сторон работы Atair Aerospace. Автомобили, которые доставляются на место парапланами — это еше один виток разработок Так, в 2005 году компания показала летающий автомобиль «Химера», который после планирования способен самостоятельно взлетать, используя параплан Этот автомобиль по сути — обыкновенное багги с притороченным сзади винтом в кольцевом обтекателе. И в воздухе он развивает скорость до 65 км/ч.

Экзоскелет EXO-WING

Но на летающем автомобиле Atair Aerospace решила не останавливаться. И начала работать над созданием летающих людей. И у них получился человек-самолет. Самый настоящий человек с самыми настоящими крыльями и реактивными турбинами. EXO-Wing — так называется этот летательный аппарат. Выглядит он просто как крылья с двумя микротурбинами. Крылья эти изготовлены из высококачественных композитных материалов нового поколения, которые разработала Atair Aerospace.

EXO-Wing имеет относительно небольшой вес и его можно косить за спиной, как ранец. Аппарат позволяет человеку планировать в воздухе. В первую очередь применяться будет наверняка в армии и только потом пойдет на гражданские нужды. Может, фермеры с его помощью будут поля химией опрыскивать.

ПАРАШЮТНАЯ СИСТЕМА GRYPHON

Немецкое совместное предприятие из трех компаний — ESG, Dragee Aerospace и SPELC0. а также германской фирмы FreeSky — тоже работало над созданием человека-самолета. На этот раз аппарат Gryphon должен быть без реактивной тяги. Дело в том, что эти компании разрабатывали бесшумную систему — в принципе, это парашют, только не совсем обычный. Изготовлен он из углеродного волокна и имеет форму крыльев. Одевается десантнику на спину и предназначен для прыжков с самолета. По идее, он должен позволять десантникам при прыжке с высоты 9 тысяч метров плакировать на расстояние 200 километров. Это было бы очень удобно — современные парашюты и парапланы не имеют такого запаса и при десантировании самолет обязательно будет замечен, а следовательно, и любая десантная операция провальна изначально. С Gryphon все должно быть проще — самолет не долетая до вражеской территории, сбрасывает десант, который бесшумно и незаметно пересекает границу.

Экзоскелет, парашютная система GRYPHON

Подобные системы уже используются немецкой армией с 2003 годэ, но расстояние, которое способны покрыть эти крыланы — не больше 60 километров. Уже вроде бы стали устанавливать реактивные двигатели на крылья, что наверняка поможет преодолевать более длинные расстояния. Пока для посадки Gryphon используются обычные парашюты, но разрабатывается беспарашюткая посадка. Может быть, все у них получится.

Экзоскелет Power Loader

Японский экзоскелет-погрщик Power Loader

Недавно представленная инженерами Activelink (дочерняя компания Panasonic) модель экзоскелета Power Loader позволяет придать человеческому телу «нечеловеческие» способности. В состав этого механизированного комплекса весом 200 кг входят 18 моторов, мощности которых хватает на то, чтобы поднимать и передвигать объекты весом до 90 кг. Кроме того, облаченный в Power Loader человек может ходить, поворачиваться.
Кстати, название своему детищу разработчики придумали не сами. Оно заимствовано из фильма «Чужой». Power Loader планируется применять в спасательных операциях, таких как разборы завалов после землетрясения. На рынок эта модель экзоскелета выйдет не ранее 2015 года.

РОССИЙСКИЙ ЭКЗОСКЕЛЕТ БОЕЦ-21

РОССИЙСКИЙ ЭКЗОСКЕЛЕТ БОЕЦ-21

Почему бы не сказать пару спов о российских военных? Ведь раньше это была одна из самых сильных армий одного из самых могущественных государств К сожалению, сейчас расстановка сип несколько изменилась. Российская армия нынче почти и не котируется. Да и как ей котироваться, когда она вот уже почти двадцать лет никак не может успеть в гонках вооружений. То есть, она и гнаться-то уже почти перестала. Плетется пятью годами позже. Отстает. Да, российская армия в плане введения новых технологий отстает от западных минимум на пять лет, а то и побольше.

Нет, у нас есть преотличные вертолеты — «акулы», «аллигаторы» и прочие, и даже кое-какие наработки на будущее имеются, но вот уже двадцать лет все это практически остается всего лишь наработками. Планов, как говорится, громадье, а толку чуть. Я не знаю, отчего это происходит, и не собираюсь разбираться в этом Я говорю о другом.

Нет, наши разработчики щи тоже не лаптем хлебают. Все они умеют делать. Только очень медленно. Не так давно Министерство обороны РФ начало разрабатывать боевую экипировку под названием «Боец-21 н. Это не совсем экзоскелет. Это боевой костюм с элементами экзоскелета, так сказать будет правильней. Работу над созданием этого танка вроде бы хотят завершить в 2015 году, но неизвестно, как оно выйдет на самом деле.
Радует одно — на международной выставке систем безопасности «Интерполитех-2009» в Москве было сказано, что комплект боевой экипировки второго поколения не будет иметь аналогов по эффективности во всем мире. Обещание радует, но неизвестно — порадуют ли в будущем эти самые костюмы.

К слову, на той же выставке было сказано, что комплект боевой экипировки первого поколения (без элементов экзоскелета) уже превосходит западные аналоги. Жаль только, что все это запросто может так и остаться лишь опытными моделями или выпускаться мизерными партиями, В таких спучаях всем этим разработкам грош цена.
Примерная сумма вложений в проект будет порядка 35 миллионов долларов. Это намного меньше, чем стоили разработки американцев — они вкладывают в подобные проекты не менее полутора миллиардов долларов.
На данном этапе о проекте аБоец-2Ь известно очень мало и это не удивительно — военные не станут рассказывать заранее о засекреченных проектах.

Однако мало кто вериг в то. что наши инженеры смогут сделать нормально работающий экзоскелет. Да нет, создать-то они его создадут, но в серию пустить навряд ли получится. В итоге опять будет та же самая ситуация, как и с «акулой» — этими костюмами смогут пользоваться только элитные части, да и то на всех не хватит. Так и живем.

http

(3483)