/ Статьи / Техника для инвалидов

Быстрые успехи роботостроения позволили реализовать на практике мечту некоторых военных об экзоскелете, превращающем любого бойца в несокрушимого терминатора – по крайней мере до тех пор, пока не кончится питание. Широкое внедрение экзоскелетов – по всей видимости, уже не за горами. Со следующего года начнется их серийное производство. Вероятно, первыми и основными их покупателями станут военные.

Экзоскелеты идут на конвейер

Разнообразные варианты экзоскелетов уже не раз появлялись на публике. Однако ни один из них не был пущен в серийное производство. Причины достаточно тривиальны: высокая стоимость готовых «силовых костюмов» и несовершенство технологий, из-за чего экзоскелеты получались слишком громоздкими.

Самым оптимальным по компактности, автономности и стоимости на сегодняшний день оставался японский экзоскелет HAL-5 (Hybrid Assistive Limb), созданный инженером Йошиюки Санкая (Yoshiyuki Sankai) из университета города Цукуба. Как сообщили конструкторы университета, разрабатывавшийся ими 10 лет экзоскелет полностью готов к серийному производству. В 2007 году первые роботизованные костюмы появятся на рынке.

Первоначально планируется выпустить в 2007 году 20 экзоскелетов, в 2008 - уже от 400 до 500 их штук. Цена на HAL-5 оказалась выше ранее заявленной (около $15 тыс.) - от $42273 до $59182 в зависимости от модификаций. Однако возможна аренда экзоскелета всего за $600 в месяц.

Конструктивно HAL-5 представляет собой классический экзоскелет. Это облегченный механический костюм с многочисленными датчиками, который человек надевает на себя.

Костюм содержит ряд электрических приводов, которые позволяют поднимать до ста килограмм, при этом для человека такая нагрузка окажется незаметной – она ложится на экзоскелет, человек оказывает лишь «управляющее» воздействие. Кроме поднятия тяжестей, экзоскелет, например, помогает облегчить жизнь инвалидам.

Медицинский потенциал HAL-5 был продемонстрирован 7 августа 2006, когда прикованному к инвалидному креслу 43-летнему японцу Сэйдзи Утида (Seiji Uchida) удалось пройти полпути на вершину 4,5 километровой горы Брейтгорн (Breithorn) в швейцарских Альпах с помощью силового роботизированного костюма.

Как уже продемонстрировали ученые, экзоскелеты будут, в первую очередь, улучшить механику человеческого тела. Кроме этого они будут незаменимы в специфических областях – например, при работе в космическом пространстве.

Успехи солдатского нанотеха

Однако параллельно с разработкой «силовых» экзоскелетов учеными из Института Солдатских Нанотехнологий (Institute for Soldier Nanotechnologies) ведутся исследования с целью создать непробиваемую солдатскую броню, которая служила бы и экзоскелетом одновременно.

Так, учеными из ИСН уже созданы отдельные компоненты "динамической наноброни", - одной из основных деталей экипировки солдата 2020 года. Она должна облегать человека наподобие водолазного костюма. При этом в его тонком слое будут содержаться довольно сложные молекулярные компоненты – наноактюаторы и сенсоры, с помощью которых новая форма будет и бронежилетом, и универсальным медицинским диагностическим инструментом, и силовым экзоскелетом.

Все жизненно важные параметры солдата (пульс, кровяное давление, энцефалограмма, температура тела и др.) будут измеряться встроенными в костюм датчиками. Состояние солдата будет выведено как на проектор на шлеме, так и на медицинский компьютер, который будет принимать решения о трансформировании костюма в экзоскелет или броню мгновенно и независимо от солдата.

Ряд полимерных наноактюаторов, из которых будет состоять костюм, по сигналу от медицинского компьютера будут делать определенные его участки жестче или мягче. Если, например, солдат поломает ногу, местный экзоскелет позволит захватить ее в искусственные шины, сформированные тканью костюма.

Для обеспечения нужного быстродействия актюаторы должны быстро принимать нужное положение в зависимости от поступившего сигнала. Для этого необходимо поработать с уже имеющимися полимерами, найти методы их "быстрой" самосборки в нужные структуры, и сделать их электропроводными.

Далее необходимо узнать, будут ли эти полимерные материалы совместимы с живой тканью при длительном контакте. И, наконец, воспользовавшись математическим моделированием, вычислить наиболее оптимальные места для размещения датчиков, их количество и типы. Затем действуют программисты - они пишут программное обеспечение для медицинского компьютера.

Надежды и реалии

На мультфильме, представленном на одном из заседаний Конгресса США, политики увидели историю про солдата, потерявшего сознание от ранения. Но медицинский компьютер вовремя включил экзоскелет, и это спасло солдату жизнь.

Однако в реальности пока существует только мультфильм-анимация и ряд разработок в области наноактюаторов, МЭМС-датчиков и сверхпрочных материалов. Ученые говорят, что ожидать первые появления «суперкостюма» на публике стоит не раньше 2015 года.