Puoli vuosisataa eksoskeletonien käytön aloittamisen jälkeen tämän laitteen ensimmäiset näytteet ovat valmiita täydelliseen työhön. Lockheed Martin kehui äskettäin, että sen HULC (Human Universal Load Carrier) -projektia ei ole pelkästään testattu Pentagonin kanssa, vaan se on valmis sarjatuotantoon. Exoskeleton HULC on nyt "hengittänyt takaosaan" useiden muiden yritysten vastaavien hankkeiden avulla. Mutta tällainen runsaasti malleja ei ollut aina.
Itse asiassa ajatus sellaisen laitteen luomisesta, jota ihminen voisi käyttää ja parantaa merkittävästi hänen fyysisiä ominaisuuksiaan, ilmestyi viime vuosisadan ensimmäisellä puoliskolla. Tiettyyn aikaan se oli kuitenkin vain toinen käsitys tieteiskirjailijoista. Käytännössä sovellettavan järjestelmän kehittäminen aloitettiin vasta 1950 -luvun lopulla. General Electric käynnisti Yhdysvaltain armeijan suojeluksessa hankkeen nimeltä Hardiman. Tekninen tehtävä oli rohkea: GE: n eksoskeletonin piti antaa ihmisen toimia jopa puolitoista tuhatta kiloa (noin 680 kiloa) painavilla kuormilla. Jos projekti saatiin onnistuneesti päätökseen, Hardimanin eksoskeletonilla olisi suuria mahdollisuuksia. Niinpä armeija aikoi käyttää uutta tekniikkaa helpottaakseen aseaseppien työtä ilmavoimissa. Lisäksi ydintutkijat, rakentajat ja monien muiden alojen edustajat olivat "linjassa". Mutta edes kymmenen vuotta ohjelman alkamisen jälkeen General Electricin insinöörit eivät ole pystyneet kääntämään kaikkea suunniteltua metalliksi. Rakennettiin useita prototyyppejä, mukaan lukien toimiva mekaaninen varsi. Hardymenin valtava kynsi oli hydraulikäyttöinen ja pystyi nostamaan 750 kilon kuorman (noin 340 kg). Yhden toimivan "käsineen" perusteella oli mahdollista luoda toinen. Suunnittelijat kohtasivat kuitenkin toisen ongelman. Eksoskeletonin mekaaniset "jalat" eivät halunneet toimia kunnolla. Hardiman -prototyyppi, jossa oli yksi käsi ja kaksi tukijalkaa, painoi alle 750 kiloa, kun taas suurin suunnittelukyky oli pienempi kuin oma paino. Tämän painon ja eksoskeletonin keskittämisen erityispiirteiden vuoksi koko rakenne alkoi usein täristä kuormaa nostettaessa, mikä johti kaatumiseen useita kertoja. Katkealla ironialla hankkeen kirjoittajat kutsuivat tätä ilmiötä”Pyhän Vituksen mekaaniseksi tanssiksi”. Riippumatta siitä, kuinka kovasti General Electricin suunnittelijat taistelivat, he eivät onnistuneet selviytymään kohdistuksesta ja tärinästä. 70 -luvun alussa Hardiman -projekti suljettiin.
Seuraavina vuosina työ exoskeletons -suuntaan jäi passiiviseksi. Ajoittain eri organisaatiot alkoivat käsitellä niitä, mutta lähes aina haluttu tulos ei seurannut. Samaan aikaan eksoskeletonin luomisen tarkoitus ei aina ollut sen sotilaallinen käyttö. Massachusetts Institute of Technologyn työntekijät kehittivät 70 -luvulla ilman suurta menestystä tämän luokan laitteita, jotka on suunniteltu tuki- ja liikuntaelimistön vammojen vammaisten kuntouttamiseen. Valitettavasti tuolloin insinöörit pääsivät myös synkronoimaan puvun eri osat. On huomattava, että eksoskeletoneilla on useita ominaispiirteitä, jotka eivät tee niiden luomisesta hieman helpompaa. Näin ollen ihmisen toiminnanharjoittajan fyysisten kykyjen merkittävä parantaminen edellyttää asianmukaista energialähdettä. Jälkimmäinen puolestaan lisää koko laitteen mittoja ja omapainoa. Toinen ongelma on ihmisen ja eksoskeletonin vuorovaikutuksessa. Tällaisten laitteiden toimintaperiaate on seuraava: henkilö tekee minkä tahansa liikkeen kädellä tai jalalla. Hänen raajoihinsa liittyvät erityiset anturit vastaanottavat tämän signaalin ja välittävät asianmukaisen komennon toimielimille - hydraulisille tai sähköisille mekanismeille. Samanaikaisesti komentojen antamisen kanssa samat anturit varmistavat, että manipulaattoreiden liike vastaa käyttäjän liikkeitä. Liikkeiden amplitudien synkronoinnin lisäksi insinöörit kohtaavat ajoituksen. Asia on, että kaikilla mekaanikoilla on tietty reaktioaika. Siksi se tulisi minimoida, jotta eksoskeleton olisi riittävän kätevä. Pienissä, kompakteissa eksoskeleooneissa, joita nyt korostetaan, ihmisten ja koneiden liikkeiden synkronointi on erityisen tärkeä. Koska pienikokoinen luuranko ei salli tukipinnan jne. Lisäämistä, mekaniikka, jolla ei ole aikaa liikkua henkilön kanssa, voi vaikuttaa haitallisesti käyttöön. Esimerkiksi mekaanisen "jalan" ennenaikainen liike voi johtaa siihen, että henkilö yksinkertaisesti menettää tasapainon ja putoaa. Ja tämä on kaukana kaikista ongelmista. On selvää, että ihmisen jalalla on vähemmän vapautta kuin kädellä, puhumattakaan kädestä ja sormista.
Armeijan eksoskeletonien uusin historia alkoi vuonna 2000. Sitten amerikkalainen virasto DARPA aloitti EHPA -ohjelman (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for human performance) käynnistämisen. EHPA -ohjelma oli osa suurempaa Land Warrior -projektia luodakseen tulevaisuuden sotilaan ilmeen. Kuitenkin vuonna 2007 Land Warrior peruutettiin, mutta sen exoskeleton -osaa jatkettiin. EHPA-hankkeen tavoitteena oli luoda ns. täydellinen eksoskeleton, joka sisälsi vahvistimet ihmisen käsille ja jaloille. Samaan aikaan aseita tai varauksia ei tarvittu. DARPA: sta ja Pentagonista vastaavat virkamiehet olivat hyvin tietoisia siitä, että eksoskeletonien nykytilanne ei yksinkertaisesti salli niiden varustamista lisätoiminnoilla. Siksi EHPA-ohjelman tehtävät edellyttävät vain mahdollisuutta, että sotilas kantaa eksoskeletonissa pitkällä aikavälillä noin 100 kilogramman painoisen kuorman ja lisää sen liikenopeutta.
Sacros ja Berkeleyn yliopisto (USA) sekä japanilainen Cyberdyne Systems ilmaisivat halunsa osallistua uuden teknologian kehittämiseen. Ohjelman alkamisesta on kulunut kaksitoista vuotta, ja tänä aikana osallistujien kokoonpano on muuttunut. Sacrosista on nyt tullut osa Raytheon -konsernia, ja Berkeley Bionics -yliopiston osastosta on tullut Lockheed Martinin osasto. Tavalla tai toisella EHPA -ohjelman puitteissa on nyt luotu kolme prototyyppistä eksoskeletonia: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL ja Raytheon XOS.
Ensimmäinen luetteloiduista eksoskeletoneista - HULC - ei täytä täysin DARPA -vaatimuksia. Tosiasia on, että 25 kilon rakenne sisältää vain selkänojajärjestelmän ja mekaaniset "jalat". Käsien tuki ei ole käytössä HULC: ssä. Samaan aikaan HULC -operaattorin fyysiset kyvyt lisääntyvät, koska selkätukijärjestelmän kautta suurin osa aseiden kuormituksesta siirtyy eksoskeletonin voimaelementteihin ja lopulta "menee" maahan. Sovelletun järjestelmän ansiosta sotilas voi kuljettaa jopa 90 kiloa lastia ja samalla kokea kuorman, joka täyttää kaikki armeijan standardit. HULC: n virtalähteenä on litiumioniakku, joka kestää jopa kahdeksan tuntia. Taloudellisessa tilassa eksoskeletonissa oleva henkilö voi kävellä 4-5 kilometrin tuntinopeudella. HULC: n suurin mahdollinen nopeus on 17-18 km / h, mutta tämä järjestelmän toimintatapa lyhentää merkittävästi käyttöaikaa yhdellä latauksella. Jatkossa Lockheed Martin lupaa varustaa HULC: n polttokennoilla, joiden kapasiteetti riittää yhden päivän käyttöön. Lisäksi myöhemmissä versioissa suunnittelijat lupaavat "robotti" käsiin, mikä lisää merkittävästi eksoskeleton -käyttäjän ominaisuuksia.
Raytheon on toistaiseksi esittänyt kaksi hieman samanlaista eksoskeletonia, joiden indeksit ovat XOS-1 ja XOS-2. Ne eroavat toisistaan paino- ja kokoparametreissa ja sen seurauksena useissa käytännön ominaisuuksissa. Toisin kuin HULC, XOS -perhe on varustettu käsien vapautusjärjestelmällä. Molemmat eksoskeletonit voivat nostaa noin 80-90 kiloa omaa painoaan. On huomionarvoista, että molempien XOS -mallien ansiosta voit asentaa erilaisia manipulaattoreita mekaanisiin käsivarsiin. On huomattava, että XOS-1: llä ja XOS-2: lla on tähän mennessä merkittävä virrankulutus. Tämän vuoksi ne eivät ole vielä itsenäisiä ja vaativat ulkoista virtalähdettä. Näin ollen suurin ajonopeus ja akun kesto eivät tule kysymykseen. Mutta Raytheonin mukaan kaapelitehon tarve ei ole este XOS: n käytölle varastoissa tai sotilastukikohdissa, joissa on sopiva sähkönlähde.
Kolmas näyte EHPA -ohjelmasta on Cyberdyne HAL. Nykyään HAL-5-versio on ajankohtainen. Tämä eksoskeleton on jossain määrin kahden ensimmäisen sekoitus. Kuten HULC, sitä voidaan käyttää itsenäisesti - paristot kestävät 2,5-3 tuntia. XOS -perheen kanssa Cyberdyne Systemsin kehitystä yhdistää suunnittelun "täydellisyys": se sisältää tukijärjestelmät sekä käsille että jaloille. HAL-5: n kantavuus ei kuitenkaan ylitä parikymmentä kiloa. Tilanne on samanlainen tämän kehityksen nopeusominaisuuksien kanssa. Tosiasia on, että japanilaiset suunnittelijat eivät ole keskittyneet sotilaskäyttöön vaan vammaisten kuntoutukseen. On selvää, että tällaiset käyttäjät eivät yksinkertaisesti tarvitse suurta nopeutta tai kuormitusta. Näin ollen, jos armeija on kiinnostunut HAL-5: stä sen nykyisessä tilassa, sen pohjalta on mahdollista tehdä uusi eksoskeleton, joka on teroitettu sotilaskäyttöön.
Kaikista EHPA -kilpailuun lähetetyistä lupaavien eksoskeletonien vaihtoehdoista vain HULC on toistaiseksi saavuttanut testauksen armeijan kanssa. Useat muiden hankkeiden ominaisuudet eivät vieläkään salli kenttäkokeiden aloittamista. Syyskuussa useita HULC -sarjoja lähetetään osittain tutkimaan eksoskeletonin ominaisuuksia todellisissa olosuhteissa. Jos kaikki menee sujuvasti, laajamittainen tuotanto alkaa vuosina 2014-15.
Sillä välin tutkijoilla ja suunnittelijoilla on parempia konsepteja ja malleja. Odotetuin innovaatio eksoskeletonien alalla on robottihanskat. Nykyiset manipulaattorit eivät ole vielä kovin käteviä manuaaliseen käyttöön tarkoitettujen työkalujen ja vastaavien esineiden käyttämiseen. Lisäksi tällaisten käsineiden luomiseen liittyy useita vaikeuksia. Yleensä ne ovat samanlaisia kuin muiden eksoskeleton -kokoonpanojen, mutta tässä tapauksessa synkronointiongelmia pahentaa suuri määrä mekaanisia elementtejä, ihmisen käden liikkeen piirteitä jne. Seuraava vaihe eksoskeletonien kehittämisessä on neuroelektronisen rajapinnan luominen. Nyt mekaniikan liikettä ohjataan antureilla ja servokäytöillä. Insinööreille ja tutkijoille on helpompaa käyttää ohjausjärjestelmää, jossa on elektrodeja, jotka poistavat ihmisen hermoimpulsseja. Tällainen järjestelmä muun muassa lyhentää mekanismien reaktioaikaa ja lisää koko eksoskeletonin tehokkuutta.
Käytännön soveltamisen osalta viimeisen puolen vuosisadan aikana näkemykset siitä ovat tuskin muuttuneet. Armeijaa pidetään edelleen lupaavien järjestelmien pääkäyttäjänä. He voivat käyttää eksoskeletoneja lastaus- ja purkuoperaatioihin, ampumatarvikkeiden valmisteluun ja lisäksi taistelutilanteessa taistelijoiden kykyjen parantamiseen. On huomattava, että eksoskeletonien kantokyvystä on hyötyä paitsi armeijalle. Laaja tekniikan käyttö, jonka avulla henkilö voi parantaa fyysisiä kykyjään merkittävästi, voi muuttaa kaiken logistiikan ja rahtikuljetuksen kasvot. Esimerkiksi aika puoliperävaunun lastaamiseen ilman trukkeja vähenee kymmeniä prosentteja, mikä lisää koko kuljetusjärjestelmän tehokkuutta. Lopuksi hermo-ohjatut eksoskeletonit auttavat vammaisia tukemaan ihmisiä elämään täysipainoista elämää. Lisäksi neuroelektroniselle rajapinnalle on asetettu suuria toiveita: selkärangan vammojen jne. Vammoissa aivojen signaalit eivät välttämättä saavuta tiettyä kehon aluetta. Jos "sieppaamme" heidät vaurioituneelle hermopiirille ja lähetämme ne luustonsuojelujärjestelmään, henkilö ei enää jää pyörätuoliin tai sänkyyn. Sotilaallinen kehitys voi siis jälleen parantaa paitsi armeijan elämää. Juuri nyt, suuria suunnitelmia suunnitellessasi, muistakaa Lockheed Martin HULC -eksoskeletonin koeoperaatio, joka alkaa vasta syksyllä. Sen tulosten perusteella potentiaalisten käyttäjien on mahdollista arvioida sekä koko toimialan näkymät että kiinnostus sitä kohtaan.
