CC BY
237
ИСТОРИЧЕСКИЕ НАУКИ
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ЭКЗОСКЕЛЕТОВ Федоров А.В. Email: Fedorov1133@scientifictext.ru
Федоров Андрей Владимирович — аспирант, заочная аспирантура, кафедра механики, мехатроники и робототехники, Юго-Западный государственный университет, г. Курск
Аннотация: в данной статье рассматриваются история создания и развитие экзоскелетов. Экзоскелеты применяются во многих областях науки и техники, существуют достаточно интересные области применения экзоскелетов в медицине и вооружении стран. В будущем экзоскелеты возможно станут неотъемлемой частью нашей жизни, поэтому необходимо изучить базовую информацию о них. Экзоскелет — устройство, предназначенное для увеличения силы человека за счет внешнего каркаса. Экзоскелет повторяет биомеханику человека для пропорционального увеличения усилий при движении.
Ключевые слова: экзоскелет, робот, прототип, военное назначение.
BRIEF HISTORY OF EXOSKELETONS Fedorov A.V.
Fedorov Andrey Vladimirovich — graduate student, PhD program,
DEPARTMENT OF MECHANICS, MECHATRONICS AND ROBOTICS, SOUTH-WEST STATE UNIVERSITY, KURSK
Abstract: this article discusses the history and development of exoskeletons. Exoskeletons are used in many areas of science and technology, there are enough interesting applications of exoskeletons in medicine and weaponry countries. In the future exoskeletons may become an integral part of our life, so you need to learn basic information about them. The exoskeleton device, designed to increase man power due to the external frame. The exoskeleton follows the biomechanics of human rights to a proportional increase in effort during the movements. Keywords: exoskeleton, robot, prototype, military purpose.
УДК 621.865.8
Экзоскелет - это своего рода техническая утопия, к которой долго и упорно двигаются лучшие умы человечества. Создание экзоскелета возможно только при значительном развитии науки и применении передовых технологий.
Первым задокументированным упоминанием технологии и конструкции, напоминающей экзоскелет, считается ряд патентов изобретателя Николая Фердинандовича Ягна в 1890 г. Его экзоскелет - «эластипед» должен был облегчить ходьбу для солдат. «Эластипед» представлял собой систему пружин, закрепляемых на теле человека, которые должны были усиливать прыжки и движения человека при движении вверх - при подъеме на лестнице [1].
Без рабочего прототипа фантазии ученого быстро забыли. С новой силой об экзоскелетах заговорили лишь спустя 70 лет.
Первый рабочий прототип экзоскелета был создан компанией General Electric при поддержке Министерства обороны США в 1960-х гг. Hardiman весил 680 кг и мог поднимать грузы весом до 110 кг. Его хотели использовать и под водой, и в космосе, и для переноски боеголовок, и ядерных стержней - но, на деле он показал себя не лучшим образом. В итоге проект признали неудачным, и не только из-за громоздких размеров и веса, а главным образом, по причине недостаточно четкого управления [2].
Разработки экзоскелетов были продолжены. Пользу такого оборудования разработчики увидели и в помощи людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата, и для создания аппаратов военного назначения.
В разное время в разных странах изобретатели пытались сделать экзоскелеты различных типов и конструкций, но, в силу большого количества организационных препятствий и технических проблем, удавалось это крайне плохо. Нехватка энергоносителей, медленный рост научно-технического прогресса, развития материаловедения и прочих смежных наук, а также развитие компьютерных вычислений и кибернетики, волна которых поднялась только лет 30 назад, - всё это тормозило развитие экзоскелетов. Без всяких сомнений, это - сложнейшие технологии, которые людям ещё предстоит освоить.
По взглядам зарубежных специалистов на «новую революцию в военном деле», на первый план выйдут следующие боевые системы и органы: ударные беспилотные летательные аппараты (БЛА); самолеты - носители ударных БЛА; корабли-арсеналы; дистанционно управляемые пусковые установки ракет большой дальности; механизированная пехота, оснащенная перспективными средствами индивидуальной экипировки, в том числе так называемыми «экзоскелетами»; ударные силы, способные вести борьбу с космическими объектами и поражать из космоса наземные цели; самостоятельные органы ведения информационной войны [3, с. 2-6].
Наземные силы будущего, должны обладать высокой огневой мощью, оперативной мобильностью и защищенностью. Одной из долгосрочных многообещающих разработок считается так называемый «экзоскелет» - индивидуальная бронированная мобильная система, включающая мощный комплект снаряжения (вооружение, сенсорные датчики, системы связи, средства ведения информационной войны) и позволяющая одиночному солдату передвигаться на пересеченной местности со скоростью до 60 км/ч. Предполагается, что личный состав, оснащенный такими «экзоскелетами», а также миниатюрными беспилотными летательными аппаратами и помощниками-роботами, будет успешно действовать в составе подразделений мобильной бронированной пехоты, десантируемых с воздуха [4, с. 2-8].
По сообщениям из открытой печати, действующие образцы экзоскелетов созданы в настоящее время в России, США, Японии и Израиле. Для военного ведомства разрабатываются лишь в России и США.
В Америке существуют два прототипа экзоскелетов: HULC корпорации Lockheed Martin и XOS-2 от фирмы Raytheon.
Human Universal Load Carrier (HULC) - творение известной компании Lockheed Martin совместно с Berkeley Bionics. Его основа - гидравлика и литий-полимерные батареи. Правильно загрузив внешний каркас, с его помощью пользователь может переносить до 140 кг лишнего груза [5].
XOS-2 от Raytheon обладает характеристиками, которые позволяют поднимать массивные грузы, например, тяжелые авиационные бомбы, а так же буквально руками проламывать кирпичные стены, но есть у данного экзоскелета и недостаток - он работает при помощи внешнего силового кабеля [5].
Разработкой российских экзоскелетов - под названием ЭкзоАтлет (ExoAtlet), занимается команда ученых, сформированная на базе Института механики при МГУ имени М.В. Ломоносова и работающая по заказу МЧС России. Спасательному ведомству был нужен отечественный агрегат для облегчения проведения аварийно-спасательных работ - устройство, увеличивающее мускульную силу человека.
ExoAtlet - это программно-аппаратный комплекс дублирования опорно-двигательного аппарата человека, основное предназначение которого переноска больших тяжестей.
Модель экзоскелета, разработанная Институтом механики МГУ, была продемонстрирована на VI Международном салоне комплексной безопасности в 2013 г. За свою идею коллектив авторов был отмечен золотой медалью в номинации «Лучшие инновационные решения». В том же году на «Дне инноваций», проводимом Минобороны России, был представлен и первый действующий образец устройства, который может быть применен в армии. В 2014 г. проект «ЭкзоАтлет» успешно прошел экспертный совет и получил статус участника Фонда «Сколково». Сегодня под эгидой главного робототехника «Сколково» Альберта Ефимова разработан экзоскелет нового поколения - «ЭкзоАтлет Альберт» [2].
Правда, он больше имеет медицинское назначение: устройство на аккумуляторах задает и поддерживает ритм движения инвалида. Происходит своего рода интеграция человека и робота, некий симбиоз на уровне механо-тактильного взаимодействия. Это помогает инвалидам двигаться, развивать утраченные или нарушенные функции опорно-двигательного аппарата. Польза экзоскелета для людей с ограниченными физическими возможностями неоценима, ведь многие из них только благодаря таким инновациям получают возможность впервые встать с инвалидного кресла [2].
В 2016 г. на втором международном военно-техническом форуме «Армия-2016» была представлена новая версия экзоскелета разработанная в Юго-Западном государственном университете (г. Курск). Военное ведомство заинтересовалось разработками специалистов университета и выразило желание курировать новые работы в этой области. ЮЗГУ начал работу в области экзоскелетов в 2014 году, на эту разработку он получил грант Российского научного фонда, что позволило организовать отдельную лабораторию для изучения и конструирования новой техники. Одним из главных направлений работы стало исследование вопросов создания биоинженерных мехатронных устройств, предназначенных для реабилитации людей с ограниченными возможностями, либо для улучшения физических качеств человека. Основным способом решения подобных задач является создание экзоскелетов необходимого облика с требуемыми характеристиками [6].
Планируется, что образец из легких и прочных материалов (кевлара и углепластика) будет обладать грузоподъемностью 100 кг, иметь возможность подниматься по лестницам, бегать и прыгать, а управляться будет без джойстиков или других приспособлений. «Надо создать такой аппарат, который не требует каких-то дополнительных мыслительных усилий со стороны человека. Все должно происходить естественно, как мы с вами ходим», - отметил доктор технических наук, профессор
72
ЮЗГУ Сергей Яцун. Для решения задачи, по его словам, планируется привлечь к разработке нейрологов: «Новые высокомоментные приводы, системы управления основываются на нейросетевых технологиях». Электроды, интегрированные в нервную систему человека, будут приводить экзоскелет в движение. Проблема на данный момент не решена, отмечает Сергей Яцун, над ней активно работают во всем мире. Благодаря гранту Российского научного фонда, выигранному ЮЗГУ, курские робототехники получили возможность конкурировать с западными учеными. Для этого в Курске создадут научно-исследовательскую лабораторию, закупят андроидных роботов, суперкомпьютеры, 3D-принтеры и сканеры, другую современную технику, способную ускорить производственный процесс в пять-шесть раз. На создание работоспособного прототипа у ученых ЮЗГУ есть три года [7].
Подводя итоги, можно сказать, что над экзоскелетами ученые начали работать почти 150 лет назад - даже тогда люди задумывались об облегчении физической деятельности человека. В настоящее время над технологией разработки экзоскелета работают ученые многих государств. Наибольший интерес проявляют военные ведомства: солдаты будущего будут облачены в костюмы, позволяющие им поднимать и нести тяжелое вооружение.
В то же время, особое внимание нужно уделить инвалидам и пожилым людям, ведь для них экзоскелет - это возможность заново начать двигаться. Наука не стоит на месте, а двигается, ведь движение - это жизнь.
Список литературы / References
1. Забытый «Русский Эдисон» // Историческая правда. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.istpravda.ru/pictures/2436/ (дата обращения: 16.02.2017).
2. Сергеев Д. Железный человек будущего: на что способны российские солдаты в экзоскелете. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://tvzvezda.ru/news/forces/content/201505080843-p2nw.htm/ (дата обращения: 14.02.2017).
3. ВащининИ. Война XXI века (1 часть) // Зарубежное военное обозрение, 1998. № 5. С. 2-6.
4. Ващинин И. Война XXI века (2 часть) // Зарубежное военное обозрение, 1998. № 7. С. 2-8.
5. Экзоскелет в шкафу истории. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://airsoftorg.com/ru-ru/blog-post/view?id=121/ (дата обращения: 16.02.2017).
6. Рябов К. ЮЗГУ разрабатывает экзоскелет для армии. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://topwar.ru/97167-yuzgu-razrabatyvaet-ekzoskelet-dlya-armii.html/ (дата обращения: 16.02.2017).
7. Новичков Н., Федюшко Д. Экзоскелеты в шкафах. Тяготы службы станут легче // Военно-промышленный курьер, 2015. № 1 (567). 14 января. С. 4.
