Разработка так называемых экзоскелетов движется в двух основных направлениях: создание силовых ассистентов для людей с полноценными моторными функциями и реабилитация пациентов с различными нарушениями опорно-двигательного аппарата. Одним из примеров является экзоскелет – устройство, которое используется для осуществления человеком утраченных функций или для сокращения физических усилий для их производства. Экзоскелет: от фантастики к реальности Информационные материалы и новости категории "Здоровье" Статьи и публикации портала DISLIFE.
Передовые экзоскелеты: восстановление моторных функций с помощью новейших технологий
Кроме того, во время экспериментов инженерам никак не удавалось совладать с неконтролируемыми движениями экзоскелета, поэтому они так и не решились облачать в него человека, и в конце концов проект пришлось закрыть. Источник: Wikipedia Позднее было еще несколько разработок, но свое бурное развитие экзоскелеты получили только в начале 21 века. Одним из первых реальных применений подобных устройств стала реабилитация ходьбы у пациентов с инсультом и травмами спинного мозга. Ранним примером стал экзоскелет компании Lokomat. Устройство было создано в 2001 году и до сих пор используется в больницах и реабилитационных центрах по всему миру. Источник: Аппарат для реабилитации Lokomat. YouTube канал: Motion Project Foundation Параллельно велась разработка нескольких моделей для промышленного использования. Первые такие пассивные системы без приводов были представлены в 2014 году. Сегодня разработкой экзокостюмов занимаются несколько исследовательских лабораторий по всему миру, а их применение охватывает множество сфер: медицины, армии, спорта, судостроения и т. Типы экзоскелетов по принципу действия Активные Активный экзоскелет — это механизм, который оснащен дополнительным источником энергии. Одним из успешных примеров активного экзоскелета является ReWalk.
Бионический экзоскелет позволяет людям с параплегией стоять, ходить и подниматься по лестнице без посторонней помощи. Система весит около 23,3 кг и работает от аккумулятора, который находится в рюкзаке. Модель управляется при помощи дистанционного пульта, который надевается на запястье и распознает движения пользователя с помощью датчиков. Источник: YouTube канал: ReWalk Robotics Пассивные Пассивные модели работают преимущественно за счет использования рычагов и противовеса и не предполагают наличие приводов. Они просто перераспределяют нагрузку на разные части тела и работают без всякой электроники. Экзокостюмы В попытке еще больше уменьшить ограничения, которые могут быть вызваны размером, весом и большой жесткостью устройства, в последние пару лет появилась концепция экзокостюмов. Эти легкие роботизированные механизмы изготавливаются в основном из текстиля и могут носиться как одежда. Они обеспечивают поддержку с помощью приводных тросов, встроенных в текстиль, или легких пневматических приводов, расположенных на суставах. Как выглядит экзоскелет? Активный экзоскелет представляет собой подвижный каркас из углепластика или других прочных, но легких материалов, который приводится в движение сервоприводами с помощью пневматики или гидравлики.
В наиболее подвижных частях конструкции устанавливаются резистивные ЭМГ-датчики или датчики мышечной активности. Источник: YouTube канал: ReaMed - Progress To Medicine Когда пилот костюма сгибает какой-либо сустав, датчики считывают телеметрические данные и передают их в виде электрического сигнала на микроконтроллер. На основе анализа этих данных компьютер формирует сигнал управления и мгновенно приводит в действие силовые поршни сервоприводов. Где применяются экзоскелеты уже сейчас Для реабилитации Разработки нейробиологов для реабилитационной медицины позволили сделать огромный шаг в области производства экзоскелетов для людей с ограниченными возможностями.
Вес экзоскелета — всего 10 кг, при этом он имеет возможность управлять роботом на расстоянии 400 км. Робот полностью повторяет движения человека, который надел экзоскелет.
Сигналы посылаются с помощью обычной сети мобильной связи. По мнению разработчиков, эта технология имеет огромный потенциал, так как позволит проникать в те места, куда человеку проникнуть невозможно — как, например, для ликвидации последствий аварии на атомном реактора. Ученые уже давно работали над тем, чтобы можно было отправлять роботов вместо людей в районы аварий и катастроф, однако до сих пор остро стоял вопрос наличия электричества и сетей коммуникации. Новый экзоскелет работает на батареях и передает сигналы по мобильной связи. Таким образом, он может работать даже в таких районах, где разрушена инфраструктура. Пока робот получает сигналы по мобильной связи, он работает.
Важно отметить также и то, что робот передает то, что он «чувствует» оператору, который носит экзоскелет. Эта сенсорная информация также очень важна, чтобы справиться со сложными ситуациями. Так, например, необходимо по-разному действовать, если нужно сдвинуть камень или вытащить из-под завалов человека. Космос Из предыдущего пункта логически следует возможность применения экзоскелетов в космосе, когда необходимо взять материалы на пробу или попасть в труднодоступные для человека районы. Устройство X-Arm-2 Exoskeleton было разработано Европейским космическим агентством для управления эргономичным тактильным роботом. Отдача и реакция робота направляются оператору для улучшения контроля.
Подобные устройства позволяют человеку выполнять необходимые операции, находясь на значительном расстоянии от места действия, при этом робот выполняет все необходимые действия с поразительной точностью. Применение подобных устройств в космосе расширит возможности человека.
Но и это не все. Конструкция способна, например, уберечь от будущих заболеваний и стать незаменимым помощником на производстве. Корреспондент "Известий" Кирилл Ольков узнал, каким образом. Поделиться Уникальный экзоскелет для реабилитации создали в России Уникальный экзоскелет для реабилитации создали в России Для начала разминка - ходьба на месте, обязательно с правой ноги. Так инструктору проще добиться контакта с пациентом. Стальные механические мышцы послушно сгибаются и дают сигнал, что можно идти.
Каждый шаг робота полностью копирует движения здорового человека. Экзоскелет управляется с помощью смартфона, он же пульт-зарядное устройство из двух батарей. Хватает на восемь часов беспрерывной ходьбы.
И те, кто еще недавно не мог встать с инвалидного кресла, теперь смогут если не бегать со скоростью олимпийского чемпиона, то, по крайней мере, снова ходить и даже подниматься по лестницам.
Медицинский экзоскелет Hybrid Assistive Limb Экзоскелет Hybrid Assistive Limb предназначен также для стариков, для которых даже поход в магазин за продуктами превратился в сложный и иногда невыполнимый процесс. Как и мышцы в человеческом организме, экзоскелет Hybrid Assistive Limb слушается био-электрических сигналов, исходящих из мозга человека. Медицинский экзоскелет Hybrid Assistive Limb Mobile Suit Япония до сих пор не может оправиться от аварии на атомной станции Фукусима, поставившей весь мир под угрозу радиационной катастрофы. Страна восходящего солнца ежегодно выделяет миллиарды долларов на ликвидацию последствий этого происшествия.
И одним из этапов борьбы с аварией стала разработка экзоскелета Mobile Suit. Экзоскелет Mobile Suit для ликвидации последствии аварии на Фукусиме Инженеры из Университета Цукуба разработали костюм Mobile Suit специально для ликвидации последствий аварии на Фукусиме. В основе этого экзоскелета лежит уже упомянутый выше Hybrid Assistive Limb. Успешная модель, помогающая старикам и инвалидам, превратилась в полноценный костюм, увеличивающий силы, защищающий от радиоактивной пыли и спасающий от перегрева.
Экзоскелет Mobile Suit для ликвидации последствии аварии на Фукусиме Но самое интересное в экзоскелете Mobile Suit — это то, что он, действительно, похож на костюм Железного Человека. Экзоскелет Mobile Suit для ликвидации последствии аварии на Фукусиме ЭкзоАтлет В 2011 году работы по созданию экзоскелета начались и в России.
Экзоскелеты на службе у человека
Гораздо более сложные и дорогие активные экзоскелеты востребованы там, где вопрос цены отходит на второй план — на войне. Встроенные аккумуляторы обеспечивают 8 часов работы устройства, которое усиливает движения человека примерно в 20 раз. Оператор Guardian XO, поднимая груз 45 кг, прилагает усилие, равное 2,2 кг. Россия — в числе лидеров А что же у нас? В России дела с разработкой и внедрением экзоскелетов обстоят на удивление хорошо.
Больше всех на слуху проект «Экзоатлет». Одноименная компания с 2013 года разрабатывает медицинский экзоскелет для реабилитации людей с нарушением функций нижних конечностей. С 2014 года «Экзоатлет» является резидентом «Сколково», на отдельные узлы устройства получено 17 патентов. В основе разработки лежит проект аварийно-спасательного экзоскелета для сотрудников МЧС.
Уже выпущено более сотни устройств. Коммерчески доступные экзоскелеты разрабатывает и выпускает российская компания «Полезные роботы». Ее устройства ExoChair для нижних конечностей хорошо зарекомендовали себя в логистическом центре Сбербанка и сортировочном центре неназванной шведской логистической компании.
Компьютеры были медленными, и обработка команд занимала огромное количество времени; а сами костюмы получались громоздкими, невероятно медленными и нефункциональными. Только в 2000 году военные разработки США начали показывать первые успешные и перспективные результаты. Оборонное агентство DARPA при Пентагоне потратило более 75 миллиардов долларов на производство полноценного экзоскелета, призванного дополнить человеческое тело и повысить его производительность. Принцип работы экзоскелета должен был позволить солдатам без проблем переносить тяжелейшие грузы, крупные орудия и раненых однополчан. Однако проект не был позитивно воспринят американским обществом, которое не видело смысла тратить столько бюджетных средств на невыполнимый, по их мнению, план. Резонанс был довольно серьезным.
Настолько, что разработка временно приостанавливалась. Впрочем, DARPA было не единственным на этом поле — все это время созданием инновационной системы, которая считывала сокращения мышц человека и передавала сигналы для управления механическими мышцами костюма, занималась негосударственная робототехническая компания Sarcos. Результатом именно ее кропотливой работы стал американский экзоскелет XOS, который в 2005 году произвел настоящий фурор. Позднее Sarcos была куплена организацией Raytheon, но идея создания экзоскелета не была забыта — через пять лет был представлен костюм нового поколения XOS 2. Разумеется, лучше, быстрее и эффективнее. Его создание настолько взбудоражило общественность, что экзоскелет включили в пятерку объективно лучших инноваций в военной сфере. Одновременно к растущей волне тренда на экзоскелеты подключилась и японская компания Cyberdyne, которая в том же 2010 году представила роботизированный костюм HAL. В отличие от первых наработок западных коллег, японский экзоскелет был создан для того, чтобы возможность жить здоровой и полноценной жизнью получили инвалиды и пожилые люди. Необходимость облегчить управление экзоскелетами и отдельными роботизированными протезами подтолкнула к развитию технологию управления с помощью импульсов человеческого мозга.
Области применения экзоскелетов Несмотря на то, что первичной областью применения экзоскелетов была именно военная отрасль, технология роботизированных костюмов — это серьезный прорыв, способный вывести медицину на качественно новый уровень. Довольно очевидно, что роботизированный костюм может помочь людям с ограниченными возможностями восполнить утраченные функции организма. Как временно, так и на постоянной основе. Безусловно, сейчас подобные костюмы или протезы стоят слишком дорого, чтобы у даже самых развитых стран была возможность обеспечить ими каждого нуждающегося. И тем не менее уже сейчас медицинские экзоскелеты используют для реабилитации людей, переживших инсульт или инфаркт, из-за которых были временно утрачены определенные двигательные способности организма. Также существуют костюмы для постоянного ношения людьми с ограниченными возможностями и пенсионерами.
Рядом с коленями установлены моторы, которые помогают бойцу с тяжелым рюкзаком преодолевать неровности и препятствия. А какой из моторов и когда включить, подсказывают сенсоры. Новых возможностей экзоскелеты дают уже массу — вопрос теперь только в том, чтобы цены на них снижались.
Картина дня.
С тех пор я делают его сам. Медицинский экзоскелет управляется наклоном с помощью встроенного гироскопа устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела. Человек наклоняется — ноги начинают ходить. Выпрямляется — встают. Все медицинские экзоскелеты управляются примерно одинаково.
И делать такие экзоскелеты у нас нет права. Но мы не отчаялись, будем работать над ними дальше. Экзоскелет, похожий на человека Для работающего экзоскелета недостаточно знаний физики. Чтобы сделать управление ногами более точным, Леониду пришлось погрузиться в изучение бионики как преобразовать человеческие биотоки в импульсы, управляющие работой экзоскелета и кинематики чтобы экзоскелет смог не только ходить прямо, но и делать разные движения — приседать, бегать, ходить гуськом, обходить препятствия. Видео испытания экзоскелета, умеющего бегать и ходить гуськом В этой модели добавлена возможность управления экзоскелетом биотоками. Контакты прикрепляются к местам, где мышцы наиболее активны, мышца сокращается, образуется импульс тока, усилитель снимает его, передает в приводы экзоскелета, и так они могут повторять человеческие движения, объясняет Леонид. Леонид делает экзоскелеты на заказ — в основном это такелажные устройства и для военных.
Средняя стоимость одного — 60 000 рублей. И работает с коллегами над созданием универсального медицинского экзоскелета и экзоскелетов для спасателей для разборки завалов они должны моментально сниматься, но пока решения этой проблемы нет. Коронавирус мешает ученым Многие компоненты для создания экзоскелетов заказывают из Китая —получается дешевле. Города и границы закрыты, детали не идут, продавцы молчат. Работаем с тем, что в запасе осталось, - говорит Леонид. Игрушки для жизни Все свои "игрушки" как он их сам называет Леонид создает в собственном доме в Торжокском районе. Там он обустроил настоящий завод по разработке и производству экзоскелетов и целыми днями напролет усовершенствует модели.
Экзоскелеты в здравоохранении: настоящее и будущее
В основе системы TALOS лежит бронированный экзоскелет, который не только защищает солдата от попадания в него пуль и осколков, но также позволяет ему легко и свободно передвигаться по полю боя со снаряжением массой до 45 килограммов. Уникальную возможность предоставили российские изобретатели, они разработали многофункциональный экзоскелет. Государственная корпорация «Ростех» представила на форуме медицинской отрасли «Биотехмед-2023», который проходит в Сочи с 9 по 10 октября, экзоскелет для руки собственной разработки. В этой статье рассказываем о современных экзоскелетах — что это такое, как они устроены и где применяются.
Почти робокопы. Как экзоскелеты помогают в реабилитации инвалидов
Полностью разгружает спину при работах с инструментом Пассивный экзоскелет. Длительная поддержка рук на весу Пассивный экзоскелет. Эффективная поддержка запястья оператора Пассивный экзоскелет. Отзывы «Нет напряжения в спине, при наклоне и подъеме намного легче и комфортнее, чем без экзоскелета. Главное — настроить под себя, чтобы было удобно» Александр, работник цеха укладки и профилирования, компания «Альтернатива» «В экзоскелете удобно, движения он не сковывает, на позвоночник нагрузки нет. Проще поднимать тяжелые коробки, намного проще» Кирилл, стропальщик отдела складского хозяйства и логистики «Воркутауголь» «Сегодня я работаю в подборе, собираю товар на паллет и отвожу в определенные зоны по городам. Физически это нелегко, нагрузка идет не только на руки, но и на спину, на ноги.
Когда экзоскелет полностью заряжен, область его применения ничем не огранивается. Пассивные экзоскелеты. Они не имеют электрического источника питания. Могут быть использованы для перераспределения веса, аккумулировании энергии например, улучшения эффективности ходьбы , амортизации. Работают на гидравлических приводах или других схожих механизмах. При их использовании оператор преодолевает постоянное незначительное сопротивление, но в заданных положениях конструкция раскрывает свой потенциал и берёт на себя почти всю нагрузку.
Псевдопассивные экзоскелеты. Эти механизмы имеют батареи, датчики и другую электронику, но используют ее лишь для обеспечения вспомогательных функций: работы фонаря или устройства связи. В остальном экзоскелет работает по принципу пассивного устройства. Гибридные экзоскелеты. Это устройства, которые имеют все контроллеры и датчики активного экзоскелета, но используют FES функциональная электрическая стимуляция мышц в качестве активатора. Самыми распространенными моделями экзоскелетов, которые сегодня можно встретить на предприятиях, считаются активные и пассивные.
Разберемся, чем они отличаются друг от друга. Активные и пассивные экзоскелеты: в чем разница? Активные тяжелые экзоскелеты — это механизмы, оснащенные электроприводами. Экзоскелеты с автономным источником питания отличаются высокой мобильностью, поэтому их используют военные, где от выносливости и грузоподъёмности солдата зависит его эффективность на поле боя. Это активный экзо-костюм, который позволяет солдату быстро перемещаться с грузом по пересеченной местности. Также подобные модели применяются в реабилитационной медицине, поскольку позволяют человеку компенсировать утраченные двигательные функции.
Что же касается промышленности, то здесь активные экзоскелеты помогают значительно увеличить силу человека, что, безусловно, важно при поднятии и переносе тяжелых грузов. Стоимость активных экзоскелетов высока: в среднем цена подобных устройств может доходить до 10-15 млн. Поэтому не каждое предприятие способно их приобрести, и на большинстве производств сегодня можно встретить наиболее распространенные и доступные по цене пассивные экзоскелеты Источник фотографии: spectrum. Пассивный экзоскелет — это внешнее механическое устройство без активных частей, сервоприводов, пневматики гидравлики или электрики, которое служит для перераспределения нагрузки, поддержки мышц и защиты опорно-двигательного аппарата человека. Это легкая конструкция, которая может применяться на всех видах производств, расширяя физические возможности оператора и защищая его от травм спины. Устройства этой торговой марки учитывают антропометрические и биомеханические данные человека и позволяют разгружать мышцы спины, рук и ног работника, снижать вероятность травм и развития профессиональных заболеваний.
Все модели прошли испытания в российских компаниях из списка ТОП-30. Сегодня пассивные экзоскелеты EXORISE используются на более чем 50 предприятиях разных отраслей промышленности: металлургия, нефтегазовая отрасль, машиностроение, строительство, МЧС, складское хозяйство, погрузочно-разгрузочные работы и др.
Основное направление деятельности — боевая экипировка военнослужащих, стрелковое оружие и артиллерийское вооружение. По данным издания "Военное обозрение" цель таких проектов от ЦНИИТочмаш — это создание экзоскелета, который снижает физические нагрузки, а также помогает преумножать собственные силы носителя экзоскелета. Источник: PowerWalk - Exoskeleton Report Перспективы С развитием технологий в области материалов, механики и информации экзоскелеты становятся все более продвинутыми в своей функциональности и более доступными для использования в различных областях.
Уже сегодня ведется серьезная работа по модернизации существующих моделей. Теперь давайте поговорим об основных тенденциях развития экзоскелетов в каждом из направлений: - Энергопотребление. Основной проблемой большинства активных экзоскелетов все еще является довольно ограниченная емкость аккумуляторов при их относительно большой массе 25-30 кг. Согласитесь, это довольно большая нагрузка на человека носить на себе столько лишних кг. В данный момент ведутся работы как по расширению мощностей самих экзоскелетов, так и по совершенствованию механизмов дополнительной подзарядки устройств и снижения расхода энергии.
Модель называется «Экзоатлет-про». Она оснащена встроенной системой нейростимуляции. Техническая новинка работает за счет экзоплаты, четыре привода управляют коленными и тазобедренными суставами, перекат стопы осуществляется с помощью физиологических квадратных пружин.
Экзоскелет для рабочих от Ростеха
В случае экзоскелета членистоногих беспозвоночных экзоскелет образован соединением под названием хитин, который представляет собой достаточно твердый полисахарид, обеспечивающий защиту этого вида животных, а в свою очередь. Сообщается, что экзоскелеты для медицинских работников, выполняющих длительные операции, являются настоящим спасением, учитывая огромную нагрузку на опорно-двигательную систему при длительном стоянии. Применение экзоскелета позволяет снизить нагрузку на опорно-двигательный аппарат в среднем на 50%, перенося вес груза через внешний каркас в опорную площадку стопы экзоскелета. Экзоскелет – это устройство, которое используется для снижения нагрузки на опорно-двигательную систему человека и для минимизации рисков получения травм в процессе выполнения человеком сложных физических действий.
Экзоскелет для инвалидов
Военные новости. это набор металлических шарниров, соединенных подшипниками между собой. Этот экзоскелет, поддерживая руку, обеспечивает невесомость, нейтральную плавучесть. Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали лёгкий экзоскелет верхних конечностей, который снабжает человека дополнительным слоем "мышц".