Los exoesqueletos ayudan a los paralíticos a caminar, facilitan el trabajo duro, protegen a los soldados en el campo de batalla y nos otorgan superpoderes.

1. Cargador de energía Activelink

El Activelink Power Loader, que lleva el nombre del famoso exoesqueleto de la película Aliens, está diseñado para facilitar el trabajo manual pesado al usuario, independientemente de su edad, sexo o tamaño, y tiene como objetivo "crear una sociedad sin límites", según un comunicado de prensa de Activelink. subsidiaria del famoso fabricante japonés de productos electrónicos Panasonic.

2. HAL

HAL (Hybrid Assistive Limb) es un exoesqueleto mecánico de Japón desarrollado por Cyberdine Inc. (sí, como aquellos que empezaron todo con Terminator), fue creado como prototipo en 1997, y ahora se utiliza en hospitales japoneses para ayudar a pacientes gravemente enfermos en sus actividades diarias. También se sabe que HAL fue utilizado por trabajadores de la construcción japoneses e incluso por socorristas durante la liquidación del accidente de Fukushima-1 en 2011.

3. Ekso Biónica

14. Proyecto “Caminar de nuevo”

La Copa Mundial de la FIFA Brasil 2014 fue inaugurada por Juliano Pinto, quien quedó paralizado de cintura para abajo y se le dio el derecho de patear primero el balón del Mundial. Esto fue posible gracias a un exoesqueleto conectado directamente a su cerebro, desarrollado por la Universidad de Duke. Este evento forma parte del proyecto Walk Again, creado por un equipo de 150 personas liderado por el reconocido neurólogo y figura destacada en el campo de las interfaces cerebro-máquina, el Dr. Miguel Nicolelis. Juliano Pinto simplemente pensó que quería patear la pelota, el exoesqueleto registró la actividad cerebral y activó los mecanismos necesarios para el movimiento.

Si eres de los que vio con gran placer todas las partes de “Iron Man”, probablemente quedaste encantado con el traje de hierro que Tony Stark se puso antes de la batalla con los villanos. De acuerdo, sería bueno tener un traje así. Además de la capacidad de llevarte a cualquier parte en un abrir y cerrar de ojos, incluso a por pan, protegería tu cuerpo de todo tipo de daños y te daría una fuerza sobrehumana.

Probablemente no te sorprenda que muy pronto una versión más ligera del traje de Iron Man permitirá a los soldados correr más rápido, llevar armas más pesadas y moverse sobre terrenos accidentados. Al mismo tiempo, el traje los protegerá de balas y bombas. Los ingenieros militares y las empresas privadas han estado trabajando en exoesqueletos desde la década de 1960, pero sólo los recientes avances en electrónica y ciencia de materiales nos han acercado más que nunca a hacer realidad esta idea.

En 2010, el contratista de defensa estadounidense Raytheon demostró un exoesqueleto experimental llamado XOS 2 (esencialmente un traje robótico controlado por el cerebro humano) que podía levantar de dos a tres veces el peso de un humano sin ningún esfuerzo o ayuda. Otra empresa, Trek Aerospace, está desarrollando un exoesqueleto con un jetpack incorporado que puede volar a velocidades de 112 km/h y flotar inmóvil sobre el suelo. Estas y otras empresas prometedoras, incluidos monstruos como Lockheed Martin, están acercando cada año el traje de Iron Man a la realidad.

Lea la entrevista con el creador del exoesqueleto ruso Stakhanov.

exoesqueletoXOS 2 deRaytheon

Tenga en cuenta que no sólo los militares se beneficiarán del desarrollo de un buen exoesqueleto. Un día, las personas con lesiones de la médula espinal o enfermedades degenerativas que limitan la movilidad podrán moverse con facilidad gracias a trajes con armazón externo. Las primeras versiones de exoesqueletos, como el ReWalk de Argo Medical Technologies, ya han salido al mercado y han recibido una amplia aprobación. Sin embargo, por el momento, el campo de los exoesqueletos está todavía en su infancia.

¿Qué revolución prometen traer los futuros exoesqueletos al campo de batalla? ¿Qué obstáculos técnicos deben superar los ingenieros y diseñadores para que los exoesqueletos sean realmente prácticos para el uso diario? Vamos a resolverlo.

Historia del desarrollo de exoesqueletos.

Los guerreros llevan armaduras en el cuerpo desde tiempos inmemoriales, pero la primera idea de un cuerpo con músculos mecánicos apareció en la ciencia ficción en 1868, en una de las novelas de diez centavos de Edward Sylvester Ellis. El libro The Prairie Steam Man describía una gigantesca máquina de vapor con forma humana que impulsaba a su inventor, el genio Johnny Brainerd, a 96,5 km/h mientras cazaba toros e indios.

Pero esto es fantástico. La primera patente real para un exoesqueleto la recibió el ingeniero mecánico ruso Nikolai Yagn en la década de 1890 en Estados Unidos. El diseñador, conocido por sus desarrollos, vivió en el extranjero durante más de 20 años y patentó una docena de ideas que describen un exoesqueleto que permite a los soldados correr, caminar y saltar con facilidad. Sin embargo, de hecho, Yagn es conocido sólo por la creación del "Amigo del fogonero", un dispositivo automático que suministra agua a las calderas de vapor.

Exoesqueleto patentado por N. Yagn

En 1961, dos años después de que a Marvel Comics se le ocurriera Iron Man y Robert Heinlein escribiera Starship Troopers, el Pentágono decidió fabricar sus propios exotrajes. Se propuso crear un "servosoldado", que fue descrito como una "cápsula humana equipada con dirección y amplificadores" que permitía mover objetos pesados ​​rápida y fácilmente, además de proteger al usuario de balas, gases venenosos y calor. y radiación. A mediados de la década de 1960, el ingeniero de la Universidad de Cornell, Neil Meisen, había desarrollado un exoesqueleto portátil de 15,8 kilogramos, denominado “traje de Superman” o “amplificador humano”. Permitió al usuario levantar 453 kilogramos con cada mano. Al mismo tiempo, General Electric había desarrollado un dispositivo similar de 5,5 metros, el llamado “pedipulador”, que era controlado por un operador desde el interior.

A pesar de estos pasos tan interesantes, no se vieron coronados por el éxito. Las demandas resultaron poco prácticas, pero la investigación continuó. En la década de 1980, los científicos del Laboratorio de Los Álamos crearon un diseño para el llamado traje Pitman, un exoesqueleto para uso de las tropas estadounidenses. Sin embargo, el concepto quedó sólo en la mesa de dibujo. Desde entonces, el mundo ha visto varios desarrollos más, pero la falta de materiales y las limitaciones energéticas no nos han permitido ver el verdadero traje de Iron Man.

Durante años, los fabricantes de exoesqueletos se han visto obstaculizados por los límites de la tecnología. Las computadoras eran demasiado lentas para procesar los comandos que accionaban los trajes. No había suficiente suministro de energía para hacer que el exoesqueleto fuera lo suficientemente portátil, y los músculos actuadores electromecánicos que movían las extremidades eran simplemente demasiado débiles y voluminosos para funcionar de manera "humana". Sin embargo, se había dado un paso adelante. La idea de un exoesqueleto resultó ser demasiado prometedora para que los campos militar y médico simplemente se separaran de él.

hombre-máquina

A principios de la década de 2000, la búsqueda para crear un traje real de Iron Man comenzó a llegar a alguna parte.

La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA, la incubadora del Pentágono para tecnologías avanzadas y exóticas, lanzó un programa de 75 millones de dólares para crear un exoesqueleto que complemente el cuerpo humano y su desempeño. La lista de requisitos de DARPA era bastante ambiciosa: la agencia quería un vehículo que permitiera a un soldado transportar incansablemente cientos de kilogramos de carga durante días, soportar armas grandes que normalmente requieren dos operadores y poder transportar a un soldado herido fuera del campo de batalla si es necesario. En este caso, el coche debe ser invulnerable al fuego y también saltar alto. Muchos inmediatamente consideraron impracticable el plan de DARPA.

Pero no todos.

Sarcos, dirigido por el creador de robots Steve Jacobsen, que anteriormente había creado un dinosaurio mecánico de 80 toneladas, ideó un sistema innovador que utilizaba sensores y esas señales para controlar un conjunto de válvulas, que a su vez ajustaban el sistema hidráulico a alta presión en el articulaciones. Las articulaciones mecánicas movían cilindros conectados por cables que imitaban los tendones que conectan los músculos humanos. Como resultado, nació el exoesqueleto experimental XOS, que hacía que una persona pareciera un insecto gigante. Sarcos finalmente fue adquirido por Raytheon, que continuó el desarrollo para presentar la segunda generación del traje cinco años después.

El exoesqueleto XOS 2 entusiasmó tanto al público que la revista Time lo incluyó en su lista Top 5 de 2010.

Mientras tanto, otras empresas, como Berkeley Bionics, estaban trabajando para reducir la cantidad de energía que requerían las prótesis artificiales para que el exoesqueleto pudiera funcionar el tiempo suficiente para ser práctico. Un proyecto de la década de 2000, el Human Load Carrier (HULC), podía funcionar hasta 20 horas con una sola carga. El progreso avanzaba poco a poco.

Exoesqueleto HAL

A finales de la década, la empresa japonesa Cyberdyne había desarrollado un traje robótico llamado HAL, aún más increíble en su diseño. En lugar de depender de las contracciones musculares de un operador humano, HAL operó con sensores que leen señales eléctricas del cerebro del operador. En teoría, un exoesqueleto basado en HAL-5 podría permitir al usuario hacer lo que quiera con sólo pensar en ello, sin mover un solo músculo. Pero por ahora, estos exoesqueletos son un proyecto de futuro. Y tienen sus propios problemas. Por ejemplo, hasta la fecha sólo se han aprobado unos pocos exoesqueletos para uso público. El resto todavía está siendo probado.

Problemas de desarrollo

En 2010, el proyecto DARPA para crear exoesqueletos arrojó ciertos resultados. Actualmente, los sistemas avanzados de exoesqueleto que pesan hasta 20 kilogramos pueden levantar hasta 100 kilogramos de carga útil prácticamente sin esfuerzo del operador. Al mismo tiempo, los exoesqueletos más modernos son más silenciosos que una impresora de oficina, pueden moverse a una velocidad de 16 km/h, hacer sentadillas y saltar.

No hace mucho, uno de los contratistas de defensa, Lockheed Martin, presentó su exoesqueleto diseñado para levantar objetos pesados. El llamado “exoesqueleto pasivo”, diseñado para trabajadores de astilleros, simplemente transfiere la carga a las patas del exoesqueleto en el suelo.

La diferencia entre los exoesqueletos modernos y los desarrollados en los años 60 es que están equipados con sensores y receptores GPS. Por lo tanto, aumentan aún más los riesgos para el uso militar. Los soldados podrían obtener una serie de beneficios utilizando tales exoesqueletos, desde geoposicionamiento preciso hasta superpoderes adicionales. DARPA también está desarrollando tejidos automatizados que podrían usarse en exoesqueletos para monitorear condiciones cardíacas y respiratorias.

Si la industria estadounidense continúa avanzando por este camino, muy pronto tendrá vehículos que no sólo podrán moverse “más rápido, más alto, más fuertes”, sino que también podrán transportar varios cientos de cargas útiles adicionales. Sin embargo, pasarán al menos varios años más antes de que los verdaderos "hombres de hierro" lleguen al campo de batalla.

Como suele ser el caso, los avances de las agencias militares (pensemos, por ejemplo, en Internet) pueden ser de gran beneficio en tiempos de paz, ya que la tecnología eventualmente saldrá a la luz y ayudará a las personas. Al sufrir parálisis total o parcial, las personas con lesiones de la médula espinal y atrofia muscular podrán llevar una vida más plena. Berkeley Bionics, por ejemplo, está probando eLegs, un exoesqueleto alimentado por baterías que permitiría a una persona caminar, sentarse o simplemente permanecer de pie durante largos períodos de tiempo.

Una cosa es segura: el proceso de rápido desarrollo de los exoesqueletos comenzó a principios de este siglo (llamémoslo la segunda ola), y muy, muy pronto se sabrá cómo termina. Las tecnologías nunca se detienen y, si los ingenieros emprenden algo, lo llevan a su conclusión lógica.

Recuerdo haber visto “Avatar” y quedar completamente atónito por los exoesqueletos que se muestran allí. Desde entonces, creo que el futuro está en estas piezas de hardware inteligentes. También tengo muchas ganas de aplicar mis manitas equivocadas a este tema. Además, según la agencia analítica ABI Research, el mercado mundial de exoesqueletos alcanzará los 1.800 millones de dólares en 2025. A estas alturas, al no ser técnico, ingeniero, arquitecto o programador, estoy un poco confundido. Estoy pensando en cómo abordar este tema. Me alegraría que en los comentarios al artículo se indicara a las personas que podrían estar interesadas en participar en este tipo de proyectos.
Actualmente hay cuatro empresas clave que operan en el mercado de los exoesqueletos: la estadounidense Indego, la israelí ReWalk, la japonesa Hybrid Assistive Limb y Ekso Bionics. El coste medio de sus productos oscila entre 75 y 120 mil euros. En Rusia la gente tampoco se queda sentada sin hacer nada. Por ejemplo, la empresa Exoathlete trabaja activamente en exoesqueletos médicos.

El primer exoesqueleto fue desarrollado conjuntamente por General Electric y el ejército de Estados Unidos en los años 60, y se llamó Hardiman. Podía levantar 110 kg con una fuerza de elevación de 4,5 kg. Sin embargo, no resultó práctico debido a su importante masa de 680 kg. El proyecto no tuvo éxito. Cualquier intento de utilizar un exoesqueleto completo provocaba un intenso movimiento incontrolado, por lo que nunca se probó completamente con una persona en su interior. Otros estudios se centraron en un brazo. Aunque se suponía que debía levantar 340 kg, su peso era 750 kg, que era el doble de la fuerza de elevación. Sin conseguir que todos los componentes funcionaran, la aplicación práctica del proyecto Hardiman era limitada.

A continuación habrá una breve historia sobre los exoesqueletos modernos, que de una forma u otra han alcanzado el nivel de implementación comercial.

1. Caminata independiente. No requiere muletas ni otros medios de estabilización, dejando las manos libres.
4. El exoesqueleto para las piernas le permite: levantarse/sentarse, darse la vuelta, caminar hacia atrás, pararse sobre una pierna, subir escaleras, caminar sobre diversas superficies incluso inclinadas.
5. El dispositivo es muy fácil de controlar: todas las funciones se activan mediante el joystick.
6. El dispositivo se puede utilizar todo el día gracias a la batería extraíble de alta capacidad.
7. Con el peso ligero del REX de sólo 38 kilogramos, puede soportar usuarios que pesen hasta 100 kilogramos y con una altura de 1,42 a 1,93 metros.
8. El conveniente sistema de fijación no causa ninguna molestia incluso si lo usa todo el día.
9. Además, cuando el usuario no se mueve, sino que simplemente está de pie, REX no desperdicia energía de la batería.
10. Acceso a edificios sin rampas, gracias a la posibilidad de subir escaleras sin ayuda.

HAL

HAL ( Miembro de asistencia híbrido) – es un exoesqueleto robótico con extremidades superiores. Actualmente se han desarrollado dos prototipos: HAL 3 (restauración de la función motora de las piernas) y HAL 5 (restauración de brazos, piernas y torso). Con HAL 5, el operador puede levantar y transportar objetos hasta cinco veces la carga máxima en condiciones normales.

Precio en Rusia: prometieron 243.600 rublos. La información no pudo ser confirmada.

Características y especificaciones:

1. Peso del dispositivo 12 kg.
3. El dispositivo puede funcionar de 60 a 90 minutos sin recargar.
4. El exoesqueleto se utiliza activamente en la rehabilitación de pacientes con patología de las funciones motoras de las extremidades inferiores debido a trastornos del sistema nervioso central o como consecuencia de enfermedades neuromusculares.

Volver a caminar

Rewalk es un exoesqueleto que permite caminar a los parapléjicos. Al igual que un exoesqueleto o un traje bioelectrónico, el dispositivo ReWalk utiliza sensores especiales para detectar desviaciones en el equilibrio de una persona y luego las transforma en impulsos que normalizan sus movimientos, permitiéndole caminar o ponerse de pie. ReWalk ya está disponible en Europa y actualmente cuenta con la aprobación de la FDA en Estados Unidos.

Precio en Rusia: de 3,4 millones de rublos (bajo pedido).

Características y especificaciones:

1. Peso del dispositivo 25 kg.
2. El exoesqueleto puede soportar hasta 80 kg.
3. El dispositivo puede funcionar hasta 180 minutos sin recargarse.
4. Tiempo de carga de la batería 5-8 horas
5. El exoesqueleto se utiliza activamente en la rehabilitación de pacientes con patología de las funciones motoras de las extremidades inferiores debido a trastornos del sistema nervioso central o como consecuencia de enfermedades neuromusculares.

exobiónico

Ekso GT es otro proyecto de exoesqueleto que ayuda a personas con enfermedades musculoesqueléticas graves a recuperar la capacidad de moverse.

Precio en Rusia: de 7,5 millones de rublos (bajo pedido).

Características y especificaciones:

1. Peso del dispositivo 21,4 kg.
2. El exoesqueleto puede soportar hasta 100 kg.
3. Ancho máximo de cadera: 42 cm;
4. Peso de la batería: 1,4 kg;
5. Dimensiones (Al x An x Pr): 0,5 x 1,6 x 0,4 m.
6. El exoesqueleto se utiliza activamente en la rehabilitación de pacientes con patología de las funciones motoras de las extremidades inferiores debido a trastornos del sistema nervioso central o como consecuencia de enfermedades neuromusculares.

DM

DM ( maquina de ensueño) – un exoesqueleto hidráulico automatizado con un sistema de control por voz.

Precio en Rusia: 700.000 rublos.

Características y especificaciones:

1. Peso del dispositivo 21 kg.
2. El exoesqueleto deberá soportar el peso del usuario hasta 100 kg.
3. El ámbito de aplicación puede ser mucho más amplio que la rehabilitación de pacientes con patología de las funciones motoras de las extremidades inferiores debido a trastornos del sistema nervioso central o como consecuencia de enfermedades neuromusculares. Podría tratarse de la industria, la construcción, el espectáculo y la industria de la moda.

Preguntas para la discusión:

1. ¿Cuál es la composición óptima de un equipo de proyecto?
2. ¿Cuál es el costo del proyecto en la etapa inicial?
3. ¿Cuáles son los peligros?
4. ¿Cuál cree que es el plazo óptimo para implementar un proyecto desde la idea hasta el lanzamiento comercial?
5. ¿Vale la pena iniciar un proyecto similar ahora y por qué?
6. ¿Cuál debería ser la geografía y la expansión del mercado?
7. ¿Está usted personalmente dispuesto a participar en un proyecto de este tipo y, de ser así, en qué calidad?

zy Agradecería discusiones constructivas, opiniones, argumentos y argumentos a favor y en contra en los comentarios. Estoy seguro de que no soy el único que piensa en esto. Mientras tanto, estoy seguro de que el exoesqueleto es el nuevo iPhone de la cultura popular mundial en el horizonte de los próximos diez años.

Surca el aire a la velocidad del sonido y corre hacia el horizonte, con los brazos extendidos en las costuras de tu traje de hierro. En un abrir y cerrar de ojos, te encontrarás en cualquier parte del mundo sin tener que quedarte en un atasco. Volar sin alas sin estar a bordo de un avión o algo más fuerte. Que me tire una piedra alguien que no quisiera estar en la piel de Tony Stark en sus mejores momentos (con el traje de Iron Man, claro). En parte, estos sueños podrán realizarse mediante un exoesqueleto, un dispositivo que puede aumentar las capacidades de una persona (principalmente la fuerza física y muscular) gracias a su estructura externa. En este material te contamos qué es este dispositivo, qué desarrollos ya existen y cómo se desarrollarán las tecnologías en el futuro.

De elastiped a “iron man”

La ciencia y la tecnología son, sin exagerar, la carrera de ingenio más feroz entre el hombre y la naturaleza. A lo largo de toda su historia, el hombre ha intentado rehacer el mundo que le rodea para adaptarlo a sus necesidades. En algún lugar lo logra, a menudo no sin dañar la naturaleza. Tienes que mirarla en alguna parte. Y aunque la mayoría de los invertebrados tienen un esqueleto externo de una forma u otra, los humanos no lo tienen. ¿Pero no había alas?

Hoy en día, por exoesqueleto se entiende un traje mecánico o parte de él de hasta 2 a 2,5 metros de altura. Luego vienen los "mobile Suits", mechs y otros robots humanoides gigantes.

Como muchas otras cosas en nuestras vidas, los exoesqueletos están cruzando poco a poco la frontera que separa los sueños salvajes de la vida cotidiana. Originalmente solo ideas, conceptos, mitos y leyendas de ciencia ficción, hoy en día aparecen nuevas versiones de exoesqueletos casi todas las semanas.

Se considera que el primer inventor del exoesqueleto fue el "ingeniero mecánico" ruso Nikolai Ferdinandovich Yagn, quien registró varias patentes sobre este tema en la década de 1890. Vivió en América, donde, de hecho, patentó sus milagros, los mostró en exposiciones y, al regresar a su tierra natal, los reinventó. En primer lugar, se suponía que su exoesqueleto facilitaría al soldado caminar, correr y saltar. Incluso entonces, el genio ruso previó el potencial militar de tales dispositivos.

NICOLÁS
Ferdinandovich YAGN

Además del exoesqueleto, Yagn desarrolló cortinas de refrigeración, un motor hidráulico, una hélice oscilante, un esterilizador de samovar y otros dispositivos.

Hardiman

No neguemos que los escritores de ciencia ficción hicieron una gigantesca e inmensa contribución al desarrollo de los exoesqueletos. En 1959, después de la aclamada novela de Robert Heinlein "Starship Troopers", quedó claro para todos que los trajes con armazón externo eran el futuro de las operaciones militares y más. Y nos vamos.

El primer exoesqueleto fue creado por General Electric con el apoyo del Departamento de Defensa de Estados Unidos en los años 1960. Hardiman pesaba 680 kilogramos y podía levantar cargas de hasta 110 kilogramos. A pesar de todas las ambiciones gigantescas, y querían usarlo bajo el agua y en el espacio, y transportar ojivas y barras nucleares, no se mostró de la mejor manera. Convenientemente se olvidaron de él.

un dispositivo "pedomotor" que recuerda vagamente a los exoesqueletos del inventor Leslie S. Kelly, desarrollado en 1917

Nueve años más tarde, Miomir Vukobratovic de Belgrado, Yugoslavia, mostró el primer exoesqueleto andante motorizado, cuyo propósito era dar a las personas con paraplejía la capacidad de caminar. El dispositivo se basaba en un accionamiento neumático. Los científicos soviéticos del Instituto Central de Traumatología y Ortopedia que lleva el nombre de N. N. Priorov tomaron las primeras iniciativas para desarrollar exoesqueletos junto con colegas yugoslavos basándose en el trabajo de Vukobratovich. Pero con el comienzo de la perestroika, los proyectos se cerraron y no hay información sobre el desarrollo secreto subterráneo de exoesqueletos. Pero todo iba bien con la exploración espacial.

En diferentes momentos y en diferentes países, los artesanos intentaron fabricar exoesqueletos para diversos fines, pero debido a una variedad de obstáculos (de los que hablaremos más adelante), no lo consiguieron. La falta de recursos energéticos, el lento crecimiento del progreso científico y tecnológico, el desarrollo de la ciencia de los materiales y otras ciencias afines, así como el desarrollo de la informática y la cibernética, cuya ola surgió hace sólo unos 30 años, todo esto se ralentizó. el desarrollo de exoesqueletos. Sin duda, estas son las tecnologías más complejas que la gente aún tiene que dominar.

Problemas con los exoesqueletos

No hay muchos materiales en este planeta con los que se pueda hacer una estructura rígida y que no agraven el problema con su peso. En cualquier caso, no eran muchos, pero teniendo en cuenta los vuelos espaciales, los avances militares, el desarrollo de la ciencia de los materiales, la nanotecnología y una docena de otras áreas interesantes, la humanidad está superando gradualmente una barrera tras otra. A principios del siglo XXI, el interés por los exoesqueletos surgió con notable fuerza y ​​continúa ardiendo hasta el día de hoy. Pero primero, hablemos de los principales problemas a los que se enfrentan los creadores de exoesqueletos.

Si descomponemos un hipotético exoesqueleto en sus componentes, tenemos: una fuente de energía, un esqueleto mecánico y un software. Y si con los dos últimos puntos todo parece estar claro y casi no quedan problemas, entonces el suministro de energía es un problema grave. Al tener una fuente de energía normal, los ingenieros no solo pudieron crear un exoesqueleto, sino también combinarlo con un traje espacial y un jetpack. El resultado probablemente sería un traje de Iron Man, pero el nuevo Tony Stark aún no ha aparecido.

Cualquiera de las fuentes de energía compactas actuales puede proporcionar al exoesqueleto solo unas pocas horas de duración de la batería. Lo siguiente es la dependencia del cable. Las baterías no recargables y las recargables tienen sus limitaciones, como requerir reemplazo o carga lenta, respectivamente. Los motores de combustión interna deben ser muy fiables, pero no especialmente compactos. Además, en este último caso, se requerirá un sistema de refrigeración adicional y el propio motor de combustión interna es difícil de configurar para que libere instantáneamente una gran cantidad de energía. Las pilas de combustible electroquímicas pueden llenarse rápidamente con combustible líquido (como metanol) y proporcionar la producción de energía deseada e inmediata, pero funcionan a temperaturas extremadamente altas. 600 grados Celsius es una temperatura relativamente baja para una fuente de energía de este tipo. Con él, el “hombre de hierro” se convertirá en un hot dog.

Por extraño que parezca, la solución más posible al problema del combustible para los exoesqueletos del futuro puede ser la más imposible: la transferencia inalámbrica de energía. Podría resolver muchos problemas, porque puede transmitirse desde un reactor arbitrariamente grande (incluido uno nuclear). ¿Pero cómo? La pregunta está abierta.

Los primeros exoesqueletos estaban hechos de aluminio y acero, eran económicos y fáciles de usar. Pero el acero es demasiado pesado y el exoesqueleto también debe trabajar para levantar su propio peso. En consecuencia, si el traje es pesado, su eficacia disminuirá. Las aleaciones de aluminio son bastante ligeras, pero acumulan fatiga, por lo que no son especialmente adecuadas para cargas elevadas. Los ingenieros buscan materiales ligeros y resistentes como el titanio o la fibra de carbono. Inevitablemente serán caros, pero garantizarán la eficacia del exoesqueleto.

Los accionamientos plantean un problema particular. Los cilindros hidráulicos estándar son potentes y pueden funcionar con gran precisión, pero son pesados ​​y requieren una tonelada de mangueras y tubos. La neumática, por el contrario, es demasiado impredecible en cuanto a los movimientos de manipulación, ya que los resortes de gas comprimido y las fuerzas de reacción empujan los actuadores.

Sin embargo, se están desarrollando nuevos servos electrónicos que utilizarán imanes y proporcionarán movimientos sensibles con un consumo mínimo de energía y un tamaño pequeño. Se puede comparar esto con la transición de las locomotoras de vapor a los trenes. Observemos también la flexibilidad que deben tener las articulaciones, pero aquí los desarrolladores de trajes espaciales pueden resolver los problemas de los exoesqueletos. También te ayudarán a saber cómo adaptar el traje a la talla de quien lo lleva.

Control

Un desafío particular a la hora de crear un exoesqueleto es la gestión y regulación de movimientos excesivos y no deseados. No puedes simplemente crear un exoesqueleto con la misma velocidad de reacción para cada miembro. Un mecanismo de este tipo puede resultar demasiado rápido para el usuario, pero hacerlo demasiado lento es ineficaz. Por otro lado, no se puede confiar en el usuario y confiar en los sensores para leer las intenciones de los movimientos del cuerpo: la desincronización de los movimientos del usuario y el traje provocará lesiones. Es necesario limitar a ambas partes actuantes. Los ingenieros están pensando en la solución a este problema. Además, los movimientos involuntarios o no deseados deben detectarse con antelación para que un estornudo o una tos accidental no provoque la llamada de una ambulancia.

Exoesqueletos y el futuro

En 2010, Sarcos y Raytheon, junto con el Departamento de Defensa de Estados Unidos, mostraron el exoesqueleto de combate XOS 2. El primer prototipo apareció dos años antes, pero no causó revuelo. Pero XOS 2 resultó ser tan genial que la revista Time incluyó los exoesqueletos en su lista de las cinco principales innovaciones militares del año. Desde entonces, los principales ingenieros del mundo se han devanado los sesos para crear exoesqueletos que puedan proporcionar una ventaja en el campo de batalla. Y fuera de él también.

¿Qué tenemos hoy?

Este exoesqueleto se introdujo en 2011 y fue diseñado para personas con discapacidad. En enero de 2013, se lanzó una versión actualizada, ReWalk Rehabilitation, y ya en junio de 2014, la FDA aprobó el uso del exoesqueleto en público y en el hogar, abriendo así el camino comercial. El sistema pesa alrededor de 23,3 kilogramos, funciona con Windows y tiene tres modos: caminar, sentarse y pararse. Costo: de 70 a 85 mil dólares.

Una serie de estos exoesqueletos militares se encuentra en desarrollo activo (XOS 3 es el siguiente). Pesa alrededor de 80 kilogramos y permite al propietario levantar fácilmente 90 kilogramos de más. Los últimos modelos de traje son tan flexibles que te permiten jugar con la pelota. Como señalan los fabricantes, un XOS puede reemplazar a tres soldados. Quizás la tercera generación del exoesqueleto se acerque más a lo que hemos visto en las pantallas de películas de ciencia ficción en los últimos años. Por desgracia, por ahora está conectado a una fuente de energía externa.

Human Universal Load Carrier es una creación de la famosa empresa Lockheed Martin junto con Berkeley Bionics. Este exoesqueleto también está destinado al ejército. La base es la hidráulica y las baterías de polímero de litio. Cargando correctamente el marco exterior, el usuario puede utilizarlo para transportar hasta 140 kilogramos de exceso de carga. Se espera que los soldados puedan utilizar HULC al estilo "el camión de mi amigo y yo" durante 72 horas. El desarrollo está en pleno apogeo, por lo que no sorprende que HULC sea el primero en entrar en servicio en los Estados Unidos.

ExoHiker, ExoClimber y eLEGS (Ekso)

Los prototipos son nuevamente Berkeley Bionics, diseñados para realizar diversas tareas. El primero, que se introdujo en febrero de 2005 y pesa unos 10 kilogramos, debe ayudar a los viajeros a transportar cargas de hasta 50 kilogramos. Teniendo en cuenta el pequeño panel solar, puede funcionar durante muchísimo tiempo. El ExoClimber es una adición de diez kilogramos al ExoHiker que permite al usuario saltar y subir escaleras. En 2010, los desarrollos de Berkeley Bionics dieron como resultado eLEGS. Este sistema es un exoesqueleto hidráulico completo que permite a las personas paralizadas caminar y estar de pie. En 2011, eLEGS pasó a llamarse Ekso. Pesa 20 kilogramos, se mueve a una velocidad máxima de 3,2 km/h y funciona durante 6 horas.

Otro exoesqueleto sensacional del fabricante japonés de robots Cyberdyne. Su finalidad es proporcionar la capacidad de caminar a personas con discapacidad. Existen dos variantes principales: HAL-3 y HAL-5. Desde su presentación en 2011, en menos de un año, HAL ha sido adoptado por más de 130 institutos médicos de todo el país. Sin embargo, las pruebas continuarán durante 2014 y posiblemente 2015. En agosto de 2013, HAL recibió carta blanca para su uso como robot médico en Europa. El modelo más nuevo del traje pesa unos 10 kilogramos.

Costo promedio de un exoesqueleto médico -
90 mil dólares.

Además de los exoesqueletos de cuerpo completo, cada vez son más populares los exoesqueletos limitados diseñados para realizar tareas específicas. Por ejemplo, en agosto de este año se mostró el ex taburete Chairless Chair, que permite sentarse estando de pie. Daewoo y Lockheed Martin demostraron de forma independiente exoesqueletos para los trabajadores de los astilleros. Estos dispositivos permiten a los trabajadores sujetar una carga o herramienta de hasta 30 kilogramos sin forzar demasiado.

En Rusia, un equipo de científicos reunidos en el Instituto de Investigación de Mecánica de la Universidad Estatal de Moscú está desarrollando un exoesqueleto llamado "ExoAtlet". Continúan los desarrollos de Vukobratovich, iniciados en la URSS, que mencionamos anteriormente. El primer exoesqueleto pasivo funcional de este equipo fue desarrollado para trabajadores de emergencias, bomberos y rescatistas. Con un peso de 12 kilogramos, el diseño le permite transportar sin esfuerzo hasta 100 kilogramos de carga. La empresa tiene previsto desarrollar el modelo de potencia ExoAtler-A, que le permitirá transportar hasta 200 kilogramos, así como un exoesqueleto médico para la rehabilitación de personas con discapacidad.

Lo que todos estos disfraces tienen en común es que se presentan mayoritariamente como prototipos. Esto significa que mejorarán. Esto significa que les esperan pruebas de campo. Esto significa que habrá nuevos modelos. Esto significa que son el futuro. Es demasiado pronto para decir que se puede comprar un exoesqueleto útil y funcional en el mercado negro. Pero se ha dado un comienzo y el desarrollo en esta dirección está entrando con confianza en una amplia corriente principal. Todavía estamos muy lejos del disfraz de Tony Stark, pero ¿qué nos impide disfrutar de películas espectaculares? Los fanáticos de los espectaculares enfrentamientos con exoesqueletos siempre tendrán algo que ver: "Aliens" (1986), "Iron Man" (2008), "Avatar" (2009), "Distrito No. 9" (2009), "Los Vengadores" ( 2012), “Elysium” (2013), “Al filo del mañana” (2014).

Una cosa es segura: los exoesqueletos estarán en todas partes en el futuro. Ayudarán a nuestros astronautas a explorar Marte, construir las primeras colonias y navegar cómodamente en el espacio. Se utilizarán en el segmento militar, ya que por defecto otorgan a los soldados una fuerza sobrehumana. Le darán la oportunidad de moverse por completo a quienes la han perdido. El traje de Iron Man algún día se volverá real, como todo lo que ves a tu alrededor.

"ExoAtlet"

exoesqueleto de bricolaje

¿Cómo puedes implementar un exoesqueleto tú mismo?

Para hacerlo tremendamente fuerte, según tengo entendido, debes ceñirte al sistema hidráulico.
Para que el sistema hidráulico funcione es necesario:

- estructura duradera y móvil
- el conjunto mínimo requerido de pistones hidráulicos (los llamaré "músculos")
- dos bombas de vacío, dos cámaras de presión con un sistema de válvulas conectadas por un tubo.
-tubos que puedan soportar alta presión.
-fuente de alimentación exoesqueleto
Para controlar el sistema de válvulas:
-Una pequeña computadora muerta
-unos 30 sensores con siete (por ejemplo) grados proporcionales a los grados de apertura de la válvula
- un programa especial capaz de leer los estados de los sensores y enviar los comandos correspondientes a las válvulas.

¿Por qué es necesario todo esto?

- Los “músculos” y la estructura son en realidad todo el sistema musculoesquelético.
-bombas de vacío. ¿por qué dos? de modo que uno aumenta la presión en las cámaras de presión, tuberías y músculos, y el segundo la reduce.
-cámaras de presión conectadas por un tubo. en uno, aumentar la presión en el segundo, disminuir y equipar el tubo con una válvula que se abre solo en dos casos: igualar la presión, asegurando el ralentí del líquido.
-válvulas. Se trata de un sistema de control sencillo y eficaz que dependerá de la presión en la cámara de presión y del control por ordenador. aumentar la presión en la cámara de presión abriendo las válvulas de los canales de los "músculos tensos" le permitirá realizar ciertas acciones, aumentando la presión sobre los pistones hidráulicos, partes móviles del esqueleto (bastidor).

Sensores, ¿por qué unos treinta? Dos para los pies, tres para las piernas, seis para los brazos y 4 para la espalda. ¿Cómo organizarlos? contra el movimiento de las extremidades. de modo que la pierna empujada hacia adelante ejerce presión desde el interior sobre el exoesqueleto y sobre el sensor en su lado interior. Explicaré con más detalle por qué esto es así.
- una computadora con un programa. La tarea principal de la computadora y el programa es asegurarse de que los sensores no experimenten presión, entonces la persona que está dentro no sentirá la resistencia innecesaria del exoesqueleto, que se esforzará por repetir los movimientos humanos independientemente de la actividad de los nervios y músculos. u otros indicadores biométricos, permitiendo así el uso de sensores mucho más baratos que, por ejemplo, en exoesqueletos de alta tecnología. Las señales del sensor para la computadora deben dividirse en dos grupos: aquellas con control incondicional del sistema hidráulico y aquellas aceptadas solo con la condición de que el sensor opuesto con control incondicional no experimente presión. Esta implementación evitará que la pierna apoyada con la rodilla en el suelo se extienda automáticamente si la persona no la endereza por sí misma. Pero para hacer esto, la persona dentro del exoesqueleto tendrá que levantar la pierna del suelo (o deberá reducir mediante programación la sensibilidad de los sensores activados por la condición). Usando la pierna como ejemplo: coloque los sensores con una señal no condicionada en el lado frontal y los sensores con una señal no condicionada en la parte posterior. Imagínese usted mismo cómo se realizará el movimiento. Cuando una persona dobla la pierna, la pierna del exoesqueleto se doblará incluso si todo el peso de la persona recae sobre los sensores que extienden la pierna. Aquí, utilizando un acelerómetro (u otro dispositivo similar a uno vestibular), es posible establecer mediante programación un cambio en la incondicionalidad de las señales del sensor dependiendo de la posición del cuerpo en el espacio, eliminando la torsión del exoesqueleto al caer de espaldas.

Además, para aumentar la fuerza, haga que sus manos tengan tres dedos, fuertes, puede combinar un sistema hidráulico y un cable de metal. la mano debe estar separada de la humana, es decir, delante de la articulación de la muñeca, esto eliminará las dificultades de diseño asociadas con la presencia de la mano humana en el exoesqueleto de la mano y tampoco permitirá lesiones a la mano humana ya que el pie humano debe estar apoyado en la articulación del tobillo del exoesqueleto y protegido.
-control manual. un poco de espacio libre para dos tercios de la libertad de movimiento de la mano y los dedos de una persona en la mano exoesqueleto y un sistema de tres anillos en cables, tres dedos desde el meñique hasta el medio en uno, el índice en el otro y el pulgar en el tercero. Todo el control se reduce al hecho de que los dedos de una persona, moviendo el anillo que se les coloca, hacen girar la rueda del sensor con un cable, dependiendo de cuya rotación los dedos del exoesqueleto se doblan y enderezan. esto eliminará el esfuerzo hidráulico innecesario para extender o doblar los dedos del exoesqueleto más allá de sus capacidades de diseño. Utilice un cable para dos anillos, uno o dos. ¿Por qué? porque los dedos desde el meñique hasta el índice deben doblarse y flexionarse solo en una dirección y el pulgar en dos. Si quieres, puedes comprobarlo con tus propias manos.

Fuente de alimentación exoesqueleto- Aquí de nuevo sale una mierda terrible con esto. Debe seleccionar una fuente de energía solo después de realizar todos los cálculos necesarios, maximizar la optimización del diseño del exoesqueleto y medir su consumo de energía.