В видеоролике рассказывается о механике восстановления с помощью экзоскелетов, биомеханике движения, как это происходит и почему вообще это возможно, что такое пассивный и активный экзоскелет, как они устроены. Ведущие страны занимаются разработкой экзоскелетов для включения в перспективные боевые экипировки.
Студент ИТМО разработал активный экзоскелет, в котором можно без труда поднять до 80 килограммов
Первый аналог экзоскелета как механизма был предложен русским изобретателем Николасом Ягиным (в документе он упоминается как «подданный Российской империи Николас Ягн») еще в 1890 году. Экзоскелет — конструкция с приводами — дает возможность человеку вместо 20 килограмм легко поднять все 40. Применение экзоскелета позволяет снизить нагрузку на опорно-двигательный аппарат в среднем на 50%, перенося вес груза через внешний каркас в опорную площадку стопы экзоскелета.
Экзоскелеты на службе у человека
Экзоскелет — это внешнее устройство, которое человек надевает, чтобы снизить нагрузку на организм. Гидравлический экзоскелет HULC помогает солдатам выдерживать сверхчеловеческие нагрузки, позволяя нести до 90 кг груза по пересеченной местности в течение нескольких часов без перерыва, сохраняя при этом максимальную мобильность. Рассмотрев особенности экзоскелетов, отметим, что эти технические устройства – не только инструмент для получения сверхсилы, но и последний шанс ходить для парализованный людей. Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали лёгкий экзоскелет верхних конечностей, который снабжает человека дополнительным слоем "мышц". «По предварительным расчетам, наши экзоскелеты будут стоить как минимум втрое дешевле, чем существующие на рынке аналоги», — сказал руководитель исследовательской группы и магистерской программы «Роботизированные беспилотные системы и эргономика».
Экзоскелеты на службе у человека
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. В медицине принято выделять два вида экзоскелетов: для верхних и для нижних конечностей. Иногда, в зависимости от индивидуального случая, эти два вида могут быть объединены в единый комплекс, что позволяет людям компенсировать утраченные функции практически полностью.
Отдельным витком в развитии экзоскелетов являются кибернетические протезы ног и рук, позволяющие людям продолжать ту повседневную и рабочую деятельность, к которой они привыкли. Конечно, не в тех нагрузках и масштабах, в которых могут работать люди без особых нужд, но это значительно лучше, чем ничего.
В ходе тестирования ExoChair поддерживал как основного, так и ассистирующего хирургов во время операций разной степени сложности, в том числе эндоскопической и лапароскопической. ExoChair — пассивный промышленный экзоскелет, предназначенный для разгрузки мышц спины и ног при выполнении работы в положении стоя, разрабатываемый ООО «Полезные роботы» при поддержке Лаборатории робототехники Сбербанка.
Подобные роботизированные устройства могут принести пользу не только врачам, но и медсестрам. Например, японские специалисты из Технологического института Канагавы разработали и создали прототип "силового костюма" с металлическим каркасом, который пристегивается к конечностям пользователя, чтобы буквально снять бремя с плеч и спины медсестер. Основная роль Power Assist Suit - помогать медсестрам и физиотерапевтам поднимать пациентов на кровати и с кроватей. При тестировании медсестра весом 64 килограмма смогла взять на руки и перенести пациента весом 70 килограммов.
Проведенное в 2019 исследование показало, что медсестры относятся к подобным устройствам в целом позитивно, но их чувства после эксперимента по отношению к экзоскелетам были неоднозначными. Они считали, что конструкции все еще нуждаются в доработке: они должны быть максимально простыми при использовании и легкими, а не обязательно стопроцентно надежными. Кроме того, привыкать к экзоскелетам необходимо еще во время обучения, поскольку студенты-медсестры могут легче адаптироваться к ним, чем те, кто уже привык применять свои собственные методы работы с пациентами. В настоящее время экзоскелеты стоят очень дорого и практически недоступны для рядовых пациентов, даже имеющих хороший страховой полис.
Но, учитывая их потенциал и предполагаемое экспоненциальное падение цен в ближайшие годы, экзоскелеты в скором времени станут действительно распространенными. Подумайте, как экзоскелеты могут помочь нашему стареющему обществу. Они могли бы помочь пенсионерам дольше оставаться на работе, поскольку физические силы и выносливость больше не будут ограничивать их работу. И представьте себе все возможности "умных" экзоскелетов, которые могут предвидеть действия пользователей и реагировать на них, или роботизированные системы, управление которыми будет осуществляться напрямую с помощью мыслей.
А ведь такие технологии уже на подходе. Специальные разделы:.
Боец практически не испытывает усталости и не теряет манёвренности на поле боя. В то же время на текущий момент активный экзоскелет представляет собой сложный и дорогостоящий образец, состоящий из множества вспомогательных конструкций, аккумулятора, электроприводов и других агрегатов.
Управление таким изделием может осуществляться по нейросети. Предполагается, что пассивный и активный экзоскелеты будут интегрированы в комплект перспективных армейских экипировок, которые разрабатываются отечественной оборонной промышленностью. Ещё над одним устройством пассивного типа сейчас работают специалисты Военно-научного комитета инженерных войск и конструкторы оборонных предприятий. Также в оборонном ведомстве проявляют интерес к разработке новейших медицинских экзоскелетов, которые используются в военных госпиталях для успешной послеоперационной реабилитации пациентов. Сейчас получившие ранения солдаты и офицеры российской армии восстанавливаются с помощью аппарата Exoatlet.
В связи с этим у отечественных предприятий есть широкий простор для деятельности. На данный момент наибольших успехов оборонка добилась в совершенствовании пассивных устройств. В армии есть целый ряд операций, которые выполняют несколько человек, а при наличии экзоскелета это сможет выполнять один солдат. Сейчас в России созданы вполне достойные образцы», — отметил Кнутов. При этом, как полагает эксперт, активные экзоскелеты требуют достаточно длительной доработки.
Главными проблемами этих устройств остаются недостаточная мощность аккумулятора, зависимость от погодных условий, риск серьёзных механических повреждений и большое время, необходимое на обучение военнослужащих. Если оказываешься в пустыне или на морозе, в болотистой местности, все эти устройства могут выйти из строя.
Реабилитация приводит к повышению толерантности к физическим нагрузкам, увеличению силы мышц, повышению устойчивости при ходьбе, уменьшению спастичности, нормализации артериального давления, улучшению функций желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы. Положительные изменения отмечаются в психологическом статусе пациентов, в частности, уменьшении степени выраженности депрессии.
Экзоскелет: что это такое и где их используют
Новая реальность: как экзоскелеты постепенно станут частью нашей жизни. Экзоскелеты появляются в новостях нечасто и кажутся вещью из будущего – наравне с летающими такси и роботами-андроидами. В России экзоскелеты испытывают на горно-металлургическом комбинате «Норильский никель», ими интересуются в добычном дивизионе Росатома — АО «Атомредметзолото», в вертикально интегрированных холдингах черной металлургии, например «Северстали». Несколько вариантов экзоскелетов разрабатывают для российской армии Наука Оружие 28 сентября в 12:48 Несколько вариантов экзоскелетов разрабатывают для российской армии. В России разработали экзоскелет для промышленных работ Life Style Технологии/гаджеты 11. Уже в этом году в российские вооруженные силы начнет поступать первый серийный экзоскелет ЭО-01.02 производства компании «ГБ Инжиниринг».
В этом году российские военные получат первый серийный армейский экзоскелет
Экзожилет весит немногим более 4 килограммов и помогает работать на неудобной высоте — от уровня плеч и выше — за счет того, что поддерживает руки с помощью встроенных пневмопружин. По сути, экзоскелет — это внешний каркас, который перераспределяет нагрузку. В случае с жилетом — вес рук и груза давит на опоры, которым не дают опускаться пружины, усилие переходит на каркас, который опирается на более сильную нижнюю часть тела и переносит туда давление груза, освобождая от лишнего напряжения руки, шею и верхнюю часть спины. Преимущества экзоскелетов уже оценили крупнейшие мировые производители машин и самолетов и применяют их на своих заводах. На рынок выходят всё новые модели: например, для видеооператоров.
Он обеспечивает снижение нагрузки и осуществление конечностями тех движений, которые самостоятельно человек сделать не может в силу комплекса причин. Экзоскелет для инвалидов представляет собой особый тренажер, который удерживает тело человека в вертикальном положении, при этом приводя в действие механизмы, заставляющие обездвиженные конечности осуществлять простейшие движения. Благодаря этому мозг пациента формирует определенную модель движения, которую по прошествии длительного периода обучения может начать воспроизводить самостоятельно. Даже если экзоскелет для инвалида не справляется с задачей полного восстановления работоспособности конечностей, потерявших активность, обеспечение вертикального положения и возможность передвижения позволяют повысить качество жизни пациентов. Промышленный экзоскелет Промышленные предприятия внедряют экзоскелеты с целью предотвращения производственных травм, развития производственных заболеваний, а также для повышения выносливости и производительности труда работников. Распространены пассивные устройства, которые снимают повышенную нагрузку с опорно-двигательного аппарата для минимизации риска получения травм, а также активные промышленные экзоскелеты, берущие на себя большую часть нагрузки и представляющие пользователям дополнительные возможности. Боевой экзоскелет В военной сфере роботизированные носимые комплексы позволяют повысить эффективность выполнения задач. Боевые экзоскелеты являются частью экипировки солдат и повышают их скорость, ловкость, силу, выносливость, могут хранить в себе устройства для навигации, разведки и так далее. Как правило, они представляют собой носимые роботизированные комплексы активного типа. Создаются устройства с переменным режимом работы в зависимости от необходимых в определенный период времени функций — активным и пассивным.
Например, сейчас испытывается новый вариант, позволяющий еще свободнее поворачиваться влево-вправо. В интервью РИА Новости Сергей Смаглюк также добавил, что в будущем составные части изделия будут изготавливаться из бронеалюминия. В конструкцию собираются интегрировать пьезоэлементы, позволяющие при ходьбе подзаряжать предметы экипировки бойца — рацию, планшет командира, навигатор и прочее. По словам Смаглюка создать полноценный и эффективный бронированный экзоскелет с сервоприводами сейчас не позволяет уровень технологий. Не разработано пока компактных элементов питания, которые могли бы питать такие системы на протяжении многих часов и дней, делая их по-настоящему практичными. Вот это уже сильно ближе к кинофантастике. В перспективе такое снаряжение повысит силу и скорость военнослужащего. Но нигде в мире пока не решили проблему источника питания. Как только это произойдет, на следующий же день начнется бум экзоскелетов самой разной конструкции и назначения. Сегодня же мы рассматриваем концепцию питания активного экзоскелета от бортовой сети, например, грузового автомобиля.
Инновационное решение этого прототипа в его модульности. Экзоскелет как трансформер принимает любую форму в зависимости от диагноза пациента. Широкий диапазон реабилитации — безусловный плюс экзоскелета. Единственный минус — цена в пять, а то и шесть миллионов рублей. Такие прототипы, как правило, есть только у современных многопрофильных больниц. Пока одни производители помогают встать на ноги больным, другие хотят протянуть руку помощи здоровым. Гибрид человека и машины, созданный учеными в мастерской, изначально задумывался как измерительное устройство, проще говоря, шагомер. С его помощью ученые будут сравнивать походки здоровых и больных людей. На основании этих данных шаг за шагом выведут формулу идеальной походки.