Exoskelett Zum ersten Mal kann es für den Massenverbraucher zugänglicher werden, was echte praktische Vorteile mit sich bringt. Letzte Neuigkeiten ein Branchenportal zu diesem Thema veröffentlicht Verbundwerkstoffe heute!

Das neue Exoskelett wird das Gehen komfortabler und einfacher machen. Das Gerät ist ein Stiefel aus Verbundwerkstoffen und benötigt zum Betrieb keine Stromquellen!

Neues Exoskelett! Wie ist es nützlich?

Eine Gruppe amerikanischer Entwickler, bestehend aus Stephen Collins, Bruce Widgin Und Gregory Savitsky stellte der Welt ein neues Exoskelett in Form einzigartiger Stiefel vor. Das neue Produkt ist interessant Die Tatsache, dass sein Design aus innovativen Materialien besteht und keine Batterien oder externen Stromquellen verwendet. Durch diese Features konnte nicht nur das Gewicht des Gerätes (jeweils) deutlich reduziert werden Der Stiefel wiegt weniger als anderthalb Kilogramm), sondern auch völlig autonom machen!

Studien haben gezeigt, dass ein „Fußgänger“-Exoskelett den Energieverbrauch einer Person beim Gehen reduzieren kann bis zu 7 %! Dieses Ergebnis ist wahr kann als Durchbruch bezeichnet werden! Obwohl die ersten Versuche, die menschliche Bewegung zu erleichtern, bereits in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts begannen, haben heute nur spezialisierte autonome Geräte den größten Erfolg in dieser Angelegenheit erzielt. Gummibänder, die weit von der Leistung der genannten Stiefel entfernt sind. Was Exoskelette im Allgemeinen betrifft, gibt es weltweit bereits viele Einheiten dieser Art, aber alle nutzen in der Regel künstliche Energiequellen. Dies wiederum schränkt die Bewegungsfreiheit und Autonomie ein.

Exoskelett – Stiefel: So funktioniert es (Video)

Wie das Exoskelett funktioniert in Form von Stiefeln ist ganz einfach. Das aus Kohlefaser gefertigte Gerät verfügt über eine Feder, die über eine mechanische Vorrichtung (Ratsche) auf der Rückseite direkt unterhalb des Knies am Bein befestigt wird. Das Exoskelett verfügt über einen Rahmen aus leichtem Kohlefasermaterial sowie eine Feder, die den Fußrücken damit verbindet Oberer Teil Schienbein (direkt unterhalb der Kniekehle), wo es mit der mechanischen Kupplung verbunden ist. Bei einer Dehnung der Achillessehne rastet die Manschette in der Hochstellung ein und die Feder dehnt sich wie eine Sehne und speichert Energie. Sobald das Laufbein abgesenkt wird, bewegt sich die Kupplung in die untere Position, die Feder entspannt sich und setzt elastische Energie frei, die die Kupplung wieder nach oben drückt und den nächsten Zyklus startet. IN Gesamtansicht Der Betriebszyklus des Exoskeletts besteht aus den folgenden Phasen:

1. Die Ratsche rastet ein;
2. Die Feder wird schwächer, die freigesetzte elastische Energie drückt die Ratsche nach oben;
3. Die Ratsche ist am höchsten Punkt befestigt;
4. Wenn sich das Gewicht bewegt, dehnt sich die Feder;
5. Die Feder erreicht ihre maximale Spannung;
6. Die Ratsche wird gelöst, das Bein wird einen Schritt nach vorne bewegt und der Zyklus wiederholt sich.

Es sei darauf hingewiesen, dass Wissenschaftler an diesem Projekt gearbeitet haben lange Jahre. Viele Gestaltungsmöglichkeiten und Materialien wurden ausprobiert. Letztlich fiel die Wahl auf einen Verbundwerkstoff aus Kohlefaser.

Das vorgestellte Exemplar kann als Durchbruch in der Branche angesehen werden und ist (bis zu einem gewissen Grad) für den praktischen Einsatz bereit, doch die Forscher hören hier nicht auf! Optionen zur Verbesserung des Designs durch den Einsatz von Elektronik, die eine Nachverfolgung ermöglichen individuelle Eingenschaften Geh- und Geländemerkmale (z. B. Bergsteigen).

Darüber hinaus hoffen die Macher des innovativen Exoskeletts auf eine Zusammenarbeit mit Herstellern Sportausrüstung finanzielle und technologische Unterstützung zu erhalten, die die Kommerzialisierung der Erfindung ermöglicht. Es wird davon ausgegangen, dass Exoskelettstiefel nicht mehr kosten als Skischuhe. Unter diesen Voraussetzungen können wir davon ausgehen, dass die Neuentwicklung eindeutig ihren Käufer finden und gefragt sein wird.

Geschichte des Exoskeletts

Das erste Gerät in der Geschichte, das als Exoskelett eingestuft werden kann, kann als Erfindung eines russischen Handwerkers bezeichnet werden Nicholas Young. Im Jahr 1890 führte er ein Design ein, das aus Druckgasbeuteln bestand, um die Bewegung zu erleichtern. Aus offensichtlichen Gründen war das erste Exoskelett äußerst primitiv.

Der nächste Schritt in der Entwicklung von Exoskeletten wurde von einem amerikanischen Erfinder gemacht Leslie Kelly im Jahr 1917. Das Design, genannt Fußmotorik, verbrauchte Dampfenergie.

Das erste Exoskelett im modernen Sinne des Wortes wurde 1960 vom Unternehmen entwickelt AllgemeinElektrisch für die Bedürfnisse der US-Streitkräfte. Ein Gerät namens Hardiman ermöglichte das Heben von Gewichten bis zu 110 Kilogramm mit einem Kraftaufwand, der mit dem einer Person vergleichbar wäre, die ein Gewicht von 4,5 Kilogramm hebt. Das Design des Exoskeletts umfasste hydraulische Mechanismen und Elektrizität als Betriebsquelle. Hardiman hatte jedoch auch eine Reihe von erhebliche Mängel: hohes Eigengewicht (ca. 680 kg); langsame Geschwindigkeit arbeiten; geringes Maß an Kontrolle über Manipulation. Es ist zu beachten, dass dieses Gerät aufgrund des hohen Risikos für Leben und Gesundheit des Testers nie mit einer darin befindlichen Person getestet wurde.

1969 wurde in Jugoslawien das erste pneumatisch angetriebene gehende Exoskelett entwickelt.

Exoskelett von DARPA(Foto: en.Wikipedia.org)

Viel mehr Erfolg erzielt Monty Reed während der Arbeit an einem Projekt DARPA. Reed wurde bei einem fehlgeschlagenen Fallschirmsprung verletzt. Während er sich im Krankenhaus erholte, las er ein Buch Robert Heinlein « Starship Troopers " Damit ist das Exoskelett nicht mehr die Schlüsselausrüstung eines Soldaten. Das Buch inspirierte Reed und wurde 1986 der Welt vorgestellt Rettungsanzug, erstellt im Rahmen des Projekts Pitman. Die Entwicklungen in diese Richtung gingen weiter. Eine der neuesten Modifikationen war das Exoskelett LifeSUIT 14, das mit voller Ladung eine Distanz von 1 Meile zurücklegen und das Gewicht des Bedieners auf bis zu 92 kg heben kann.

Im Januar 2007 wurde bekannt, dass das US-Verteidigungsministerium (Pentagon) der University of Texas den Auftrag erteilt und Gelder für die Entwicklung einer neuen Klasse von Exoskeletten für militärische Zwecke bereitgestellt hatte. Im Rahmen des Projekts war unter anderem geplant, künstliche elektroaktive Polymere zu untersuchen, die den Festigkeitskoeffizienten erhöhen, das Gewicht der Struktur reduzieren und die Bewegungseffizienz steigern sollen. Damit haben die Entwickler erhebliche Erfolge erzielt! Sie basierten auf Nylonfäden und Angelschnur. „Polymermuskeln“ aus den USA übertreffen die Leistungsfähigkeit menschlicher Muskeln um das Hundertfache! Zudem liegt ihr Preis bei nur 5 US-Dollar pro Kilogramm, während Muskeln für das Exoskelett aus Titan- und Nickellegierungen mindestens 3.000 US-Dollar pro 1 kg kosten.

Seit Ende 2013 wird in Russland aktiv zum Thema Exoskelette geforscht. Das Projekt mit dem Namen ExoAtlet zielt darauf ab, einen Mechanismus für medizinische Zwecke zu schaffen.

Warum brauchen Sie ein Exoskelett?

Ein Mechanismus, der die Bewegung eines Menschen erleichtern und seine körperliche Kraft steigern kann, verspricht große Aussichten!

Heute identifizieren Experten drei Hauptbereiche, in denen das Exoskelett stark nachgefragt sein wird.

1. Das ist zunächst einmal - Militärindustrie! Tatsächlich erhielten Exoskelette hier ihre ersten Impulse für Entwicklung und Fortschritt. Das Design wird dem Soldaten helfen, mehr Gewicht (einschließlich Waffen) zu tragen und ihn mit einer Rüstungsschicht zu schützen.
2. Auch Exoskelette können große Vorteile bringen im medizinischen Bereich. Sie erleichtern Menschen mit geschädigtem Bewegungsapparat das Leben und helfen bei der Mobilität.
3. Der dritte Bereich, in dem Exoskelette gefragt sein werden, ist der Einsatz ähnlicher Strukturen für die Arbeit. Zum Beispiel im Baugewerbe oder bei Be- und Entladevorgängen.

Somit lässt sich Folgendes feststellen Exoskelett – die Einheit der Zukunft! Wenn Sie über ein paar Millionen Dollar verfügen, sollten Sie wahrscheinlich darüber nachdenken, in diesen Sektor der Volkswirtschaft zu investieren.

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Ich erinnere mich, dass ich „Avatar“ gesehen habe und von den dort gezeigten Exoskeletten völlig verblüfft war. Seitdem denke ich, dass die Zukunft in diesen intelligenten Hardware-Teilen liegt. Ich möchte auch wirklich meine fehlgeleiteten kleinen Hände zu diesem Thema einsetzen. Glaubt man außerdem der Analyseagentur ABI Research, wird der Weltmarkt für Exoskelette bis 2025 1,8 Milliarden US-Dollar betragen. Zum jetzigen Zeitpunkt bin ich etwas verwirrt, da ich kein Techniker, Ingenieur, Architekt oder Programmierer bin. Ich überlege, wie ich dieses Thema angehen soll. Ich würde mich freuen, wenn in den Kommentaren zum Artikel Personen vermerkt würden, die potenziell Interesse an einer Mitarbeit in solchen Projekten hätten.
Derzeit sind vier Schlüsselunternehmen auf dem Exoskelettmarkt tätig: das amerikanische Indego, das israelische ReWalk, das japanische Hybrid Assistive Limb und Ekso Bionics. Die durchschnittlichen Kosten ihrer Produkte liegen zwischen 75 und 120.000 Euro. Auch in Russland sitzt man nicht untätig da. Beispielsweise arbeitet das Unternehmen Exoathlete aktiv an medizinischen Exoskeletten.

Das erste Exoskelett wurde in den 60er Jahren gemeinsam von General Electric und dem US-Militär entwickelt und hieß Hardiman. Mit einer Hubkraft von 4,5 kg konnte er 110 kg heben. Allerdings war es aufgrund seiner beachtlichen Masse von 680 kg unpraktisch. Das Projekt war nicht erfolgreich. Jeder Versuch, ein vollständiges Exoskelett zu verwenden, führte zu intensiven unkontrollierten Bewegungen, weshalb es nie vollständig mit einer Person darin getestet wurde. Weitere Studien konzentrierten sich auf einen Arm. Obwohl sie 340 kg heben sollte, betrug ihr Gewicht 750 kg, also das Doppelte der Hubkraft. Ohne alle Komponenten zum Laufen zu bringen praktischer Nutzen Hardimans Projekt war begrenzt.

Als nächstes folgt eine kurze Geschichte über moderne Exoskelette, die auf die eine oder andere Weise das Niveau der kommerziellen Umsetzung erreicht haben.

1. Unabhängiges Gehen. Erfordert keine Krücken oder andere Stabilisierungsmittel und lässt Ihre Hände frei.
4. Mit dem Exoskelett für die Beine können Sie: aufstehen/hinsetzen, sich umdrehen, rückwärts gehen, auf einem Bein stehen, Treppen hinaufgehen, auf verschiedenen, auch geneigten Flächen gehen.
5. Das Gerät ist sehr einfach zu steuern – alle Funktionen werden über den Joystick aktiviert.
6. Dank des austauschbaren Akkus mit hoher Kapazität kann das Gerät den ganzen Tag verwendet werden.
7. Mit dem geringen Gewicht des REX von nur 38 Kilogramm kann er Benutzer mit einem Gewicht von bis zu 100 Kilogramm und einer Körpergröße von 1,42 bis 1,93 Metern tragen.
8. Das praktische Fixierungssystem verursacht keine Beschwerden, selbst wenn Sie es den ganzen Tag tragen.
9. Auch wenn sich der Benutzer nicht bewegt, sondern nur steht, verschwendet REX keine Batterieleistung.
10. Zugang zu Gebäuden ohne Rampen, dank der Möglichkeit, Treppen ohne Hilfe hinaufzugehen.

HAL

HAL ( Hybrides Hilfsglied) – ist ein Roboter-Exoskelett mit oberen Gliedmaßen. An dieser Moment Es wurden zwei Prototypen entwickelt - HAL 3 (Restaurierung). Motor Funktion Beine) und HAL 5 (Wiederherstellung von Armen, Beinen und Rumpf). Mit HAL 5 ist der Bediener in der Lage, unter normalen Bedingungen Gegenstände bis zum Fünffachen der Maximallast zu heben und zu tragen.

Preis in Russland: Sie versprachen 243.600 Rubel. Die Angaben konnten nicht bestätigt werden.

Merkmale und technische Daten:

1. Gerätegewicht 12 kg.
3. Das Gerät kann 60 bis 90 Minuten ohne Aufladen arbeiten.
4. Das Exoskelett wird aktiv in der Rehabilitation von Patienten mit motorischen Pathologien eingesetzt untere Gliedmaßen aufgrund von Verstößen gegen die Zentrale nervöses System oder als Folge neuromuskulärer Erkrankungen.

Neugehen

Rewalk ist ein Exoskelett, das Querschnittgelähmten das Gehen ermöglicht. Wie ein Exoskelett oder ein bioelektronischer Anzug erkennt das ReWalk-Gerät mithilfe spezieller Sensoren Abweichungen im Gleichgewicht eines Menschen und wandelt diese dann in Impulse um, die seine Bewegungen normalisieren und es dem Menschen ermöglichen, zu gehen oder zu stehen. ReWalk ist bereits in Europa erhältlich und ist derzeit in den USA von der FDA zugelassen.

Preis in Russland: ab 3,4 Millionen Rubel (auf Bestellung).

Merkmale und technische Daten:

1. Gerätegewicht 25 kg.
2. Das Exoskelett kann bis zu 80 kg tragen.
3. Das Gerät kann bis zu 180 Minuten ohne Aufladen arbeiten.
4. Akkuladezeit 5-8 Stunden
5. Das Exoskelett wird aktiv bei der Rehabilitation von Patienten mit Pathologien der motorischen Funktionen der unteren Extremitäten aufgrund von Störungen des Zentralnervensystems oder als Folge neuromuskulärer Erkrankungen eingesetzt.

Exo-Bionik

Ekso GT ist ein weiteres Exoskelettprojekt, das Menschen mit schweren Erkrankungen des Bewegungsapparates dabei hilft, ihre Bewegungsfähigkeit wiederzuerlangen.

Preis in Russland: ab 7,5 Millionen Rubel (auf Bestellung).

Merkmale und technische Daten:

1. Gerätegewicht 21,4 kg.
2. Das Exoskelett kann bis zu 100 kg tragen.
3. Maximale Hüftbreite: 42 cm;
4. Batteriegewicht: 1,4 kg;
5. Abmessungen (HxBxT): 0,5 x 1,6 x 0,4 m.
6. Das Exoskelett wird aktiv bei der Rehabilitation von Patienten mit Pathologien der motorischen Funktionen der unteren Extremitäten aufgrund von Störungen des Zentralnervensystems oder als Folge neuromuskulärer Erkrankungen eingesetzt.

DM

DM ( Traummaschine) – ein hydraulisch automatisiertes Exoskelett mit Sprachsteuerungssystem.

Preis in Russland: 700.000 Rubel.

Merkmale und technische Daten:

1. Gerätegewicht 21 kg.
2. Das Exoskelett muss das Gewicht des Benutzers bis zu 100 kg tragen.
3. Der Anwendungsbereich kann weit über die Rehabilitation von Patienten mit Pathologien der motorischen Funktionen der unteren Extremitäten aufgrund von Störungen des Zentralnervensystems oder als Folge neuromuskulärer Erkrankungen hinausgehen. Dies können die Industrie, das Baugewerbe, das Showbusiness und die Modebranche sein.

Diskussionsthemen:

1. Wie ist die optimale Zusammensetzung eines Projektteams?
2. Wie hoch sind die Projektkosten in der Anfangsphase?
3. Was sind die Fallstricke?
4. Wie sehen Sie optimale Zeit Umsetzung eines Projekts von der Idee bis zur Markteinführung?
5. Lohnt es sich, jetzt ein ähnliches Projekt zu starten und warum?
6. Wie sollte die Geografie und Marktexpansion aussehen?
7. Sind Sie persönlich bereit, an einem solchen Projekt teilzunehmen und wenn ja, in welcher Funktion?

ZY Für konstruktive Diskussionen, Meinungen, Argumente und Pro- und Contra-Argumente in den Kommentaren wäre ich dankbar. Ich bin mir sicher, dass ich nicht der Einzige bin, der darüber nachdenkt. Mittlerweile bin ich sicher, dass das Exoskelett das neue iPhone der Welt ist Popkultur am Horizont der nächsten zehn Jahre.

Ich erinnere mich, dass ich „Avatar“ gesehen habe und von den dort gezeigten Exoskeletten völlig verblüfft war. Seitdem denke ich, dass die Zukunft in diesen intelligenten Hardware-Teilen liegt. Ich möchte auch wirklich meine fehlgeleiteten kleinen Hände zu diesem Thema einsetzen. Glaubt man außerdem der Analyseagentur ABI Research, wird der Weltmarkt für Exoskelette bis 2025 1,8 Milliarden US-Dollar betragen. Zum jetzigen Zeitpunkt bin ich etwas verwirrt, da ich kein Techniker, Ingenieur, Architekt oder Programmierer bin. Ich überlege, wie ich dieses Thema angehen soll. Ich würde mich freuen, wenn in den Kommentaren zum Artikel Personen vermerkt würden, die potenziell Interesse an einer Mitarbeit in solchen Projekten hätten.

Derzeit sind vier Schlüsselunternehmen auf dem Exoskelettmarkt tätig: das amerikanische Indego, das israelische ReWalk, das japanische Hybrid Assistive Limb und Ekso Bionics. Die durchschnittlichen Kosten ihrer Produkte liegen zwischen 75 und 120.000 Euro. Auch in Russland sitzt man nicht untätig da. Beispielsweise arbeitet das Unternehmen Exoathlete aktiv an medizinischen Exoskeletten.

Das erste Exoskelett wurde in den 60er Jahren gemeinsam von General Electric und dem US-Militär entwickelt und hieß Hardiman. Mit einer Hubkraft von 4,5 kg konnte er 110 kg heben. Allerdings war es aufgrund seiner beachtlichen Masse von 680 kg unpraktisch. Das Projekt war nicht erfolgreich. Jeder Versuch, ein vollständiges Exoskelett zu verwenden, führte zu intensiven unkontrollierten Bewegungen, weshalb es nie vollständig mit einer Person darin getestet wurde. Weitere Studien konzentrierten sich auf einen Arm. Obwohl es 340 kg heben sollte, betrug sein Gewicht 750 kg, was dem Doppelten seiner Tragfähigkeit entsprach. Ohne die Zusammenführung aller Komponenten war die praktische Anwendung des Hardiman-Projekts begrenzt.

REX

Merkmale und technische Daten:
1. Unabhängiges Gehen. Erfordert keine Krücken oder andere Stabilisierungsmittel und lässt Ihre Hände frei.
4. Das Exoskelett für die Beine ermöglicht Ihnen: Aufstehen, Hinsetzen, Umdrehen, Rückwärtsgehen, Stehen auf einem Bein, Treppensteigen, Gehen auf verschiedenen, auch geneigten Flächen.
5. Das Gerät ist sehr einfach zu steuern – alle Funktionen werden über den Joystick aktiviert.
6. Dank des austauschbaren Akkus mit hoher Kapazität kann das Gerät den ganzen Tag verwendet werden.
7. Mit dem geringen Gewicht des REX von nur 38 Kilogramm kann er Benutzer mit einem Gewicht von bis zu 100 Kilogramm und einer Körpergröße von 1,42 bis 1,93 Metern tragen.
8. Das praktische Fixierungssystem verursacht keine Beschwerden, selbst wenn Sie es den ganzen Tag tragen.
9. Auch wenn sich der Benutzer nicht bewegt, sondern nur steht, verschwendet REX keine Batterieleistung.
10. Zugang zu Gebäuden ohne Rampen, dank der Möglichkeit, Treppen ohne Hilfe hinaufzugehen.

Wenn Sie einer von denen sind, die alle Teile mit großer Freude gesehen haben. Ironman", Sie waren wahrscheinlich begeistert von dem Eisenanzug, den Tony Stark vor dem Kampf mit den Bösewichten anzog. Stimmen Sie zu, es wäre schön, so einen Anzug zu haben. Zusätzlich zu der Fähigkeit, Sie im Handumdrehen überall hin zu bringen, sogar zum Brotholen, würde es Ihren Körper vor allen Arten von Schäden schützen und ihm übermenschliche Kräfte verleihen.

Es wird Sie wahrscheinlich nicht überraschen, dass eine leichtere Version des Iron Man-Anzugs es den Soldaten schon bald ermöglichen wird, schneller zu rennen, schwerere Waffen zu tragen und sich durch unwegsames Gelände zu bewegen. Gleichzeitig schützt der Anzug vor Kugeln und Bomben. Militäringenieure und private Unternehmen arbeiten seit den 1960er Jahren an Exoskeletten, aber erst die jüngsten Fortschritte in der Elektronik und Materialwissenschaft haben uns der Verwirklichung dieser Idee näher gebracht als je zuvor.

Im Jahr 2010 demonstrierte der US-Rüstungskonzern Raytheon ein experimentelles Exoskelett namens XOS 2 – im Wesentlichen ein vom menschlichen Gehirn gesteuerter Roboteranzug –, der ohne Anstrengung oder Hilfe das Zwei- bis Dreifache des Gewichts eines Menschen heben konnte. Ein anderes Unternehmen, Trek Aerospace, entwickelt ein Exoskelett mit integriertem Jetpack, das mit einer Geschwindigkeit von 112 km/h fliegen und bewegungslos über dem Boden schweben kann. Diese und eine Reihe anderer vielversprechender Unternehmen, darunter Monster wie Lockheed Martin, bringen den Iron Man-Anzug jedes Jahr näher an die Realität.

Lesen Sie das Interview mit dem Schöpfer des russischen Exoskeletts Stachanow.

ExoskelettXOS 2 vonRaytheon

Beachten Sie, dass nicht nur das Militär von der Entwicklung eines guten Exoskeletts profitieren wird. Eines Tages können sich Menschen mit Rückenmarksverletzungen oder degenerativen Erkrankungen, die ihre Mobilität einschränken, dank Außenrahmenanzügen problemlos bewegen. Erste Versionen von Exoskeletten wie ReWalk von Argo Medical Technologies sind bereits auf den Markt gekommen und haben breite Zustimmung gefunden. Allerdings steckt das Gebiet der Exoskelette derzeit noch in den Kinderschuhen.

Welche Revolution versprechen zukünftige Exoskelette auf dem Schlachtfeld? Welche technischen Hürden müssen Ingenieure und Designer überwinden, um Exoskelette wirklich alltagstauglich zu machen? Lass es uns herausfinden.

Geschichte der Entwicklung von Exoskeletten

Krieger tragen seit jeher Rüstungen an ihren Körpern, aber die erste Idee eines Körpers mit mechanischen Muskeln tauchte 1868 in der Science-Fiction auf, in einem der Groschenromane von Edward Sylvester Ellis. Das Buch „Steam Man of the Prairies“ beschrieb einen Riesen Dampfmaschine menschliche Form, die ihren Erfinder, den brillanten Johnny Brainerd, mit einer Geschwindigkeit von 96,5 km/h bewegte, als er Stiere und Indianer jagte.

Aber das ist fantastisch. Das erste echte Patent für ein Exoskelett erhielt der russische Maschinenbauingenieur Nikolai Yagn in den 1890er Jahren in Amerika. Der für seine Entwicklungen bekannte Designer lebte mehr als 20 Jahre im Ausland und patentierte ein Dutzend Ideen, die ein Exoskelett beschreiben, das es Soldaten ermöglicht, problemlos zu rennen, zu gehen und zu springen. Tatsächlich ist Yagn jedoch nur für die Entwicklung des „Stoker's Friend“ bekannt – eines automatischen Geräts, das Dampfkessel mit Wasser versorgt.

Von N. Yagn patentiertes Exoskelett

1961, zwei Jahre nachdem Marvel Comics Iron Man erfunden und Robert Heinlein Starship Troopers geschrieben hatte, beschloss das Pentagon, eigene Exoanzüge herzustellen. Er machte sich daran, einen „Servosoldaten“ zu schaffen, der als „menschliche Kapsel mit Lenkung und Verstärkern“ beschrieben wurde, die es ermöglichte, schwere Gegenstände schnell und einfach zu bewegen und den Träger vor Kugeln, giftigen Gasen, Hitze usw. zu schützen Strahlung. Mitte der 1960er Jahre hatte der Ingenieur Neil Meisen von der Cornell University ein 15,8 Kilogramm schweres, tragbares Exoskelett mit Rahmen entwickelt, das als „Superman-Anzug“ oder „menschlicher Verstärker“ bezeichnet wurde. Damit konnte der Benutzer mit jedem Arm 453 Kilogramm heben. Gleichzeitig hatte General Electric ein ähnliches 5,5-Meter-Gerät entwickelt, den sogenannten „Pedipulator“, der von einem Bediener von innen gesteuert wurde.

Trotz dieser sehr interessanten Schritte waren sie nicht von Erfolg gekrönt. Die Anzüge erwiesen sich als unpraktisch, aber die Forschung ging weiter. In den 1980er Jahren entwickelten Wissenschaftler des Los Alamos Laboratory einen Entwurf für den sogenannten Pitman-Anzug, ein Exoskelett für amerikanische Truppen. Das Konzept blieb jedoch nur auf dem Reißbrett. Seitdem hat die Welt mehrere weitere Entwicklungen erlebt, aber Materialmangel und Energiebeschränkungen haben es uns nicht ermöglicht, den echten Iron Man-Anzug zu sehen.

Seit Jahren sind Hersteller von Exoskeletten an den Grenzen der Technologie gescheitert. Die Computer waren zu langsam, um die Befehle zu verarbeiten, die die Anzüge antreiben. Es gab nicht genügend Stromversorgung, um das Exoskelett tragbar genug zu machen, und die elektromechanischen Antriebsmuskeln, die die Gliedmaßen bewegten, waren einfach zu schwach und sperrig, um auf „menschliche“ Weise zu funktionieren. Dennoch war ein Anfang gemacht. Die Idee eines Exoskeletts erwies sich als zu vielversprechend, als dass sich der militärische und medizinische Bereich einfach davon trennen könnte.

Mensch-Maschine

In den frühen 2000er Jahren begann die Suche nach einem echten Iron-Man-Anzug Früchte zu tragen.

Die Defense Advanced Research Projects Agency DARPA, der Inkubator des Pentagons für exotische und fortschrittliche Technologien, startete ein 75-Millionen-Dollar-Programm zur Entwicklung eines Exoskeletts, das den menschlichen Körper und seine Leistung ergänzt. Die Anforderungsliste der DARPA war ziemlich ehrgeizig: Die Agentur wollte ein Fahrzeug, das es einem Soldaten ermöglichen würde, tagelang unermüdlich Hunderte Kilogramm Fracht zu transportieren, große Geschütze zu unterstützen, die normalerweise zwei Bediener erfordern, und in der Lage wäre, einen verwundeten Soldaten vom Gelände zu befördern Gefechtsfeld, wenn nötig. In diesem Fall muss das Auto feuersicher sein und auch hoch springen können. Viele hielten den DARPA-Plan sofort für undurchführbar.

Aber nicht alles.

Sarcos – unter der Leitung des Roboterentwicklers Steve Jacobsen, der zuvor einen 80 Tonnen schweren mechanischen Dinosaurier geschaffen hatte – entwickelte ein innovatives System, das Sensoren nutzte und diese Signale nutzte, um eine Reihe von Ventilen zu steuern, die wiederum die Hydraulik unter hohem Druck im Roboter anpassten Gelenke. Die mechanischen Gelenke bewegten Zylinder, die durch Kabel verbunden waren, die den Sehnen nachahmten, die menschliche Muskeln verbinden. Als Ergebnis wurde das experimentelle Exoskelett XOS geboren, das eine Person aussehen ließ riesiges Insekt. Sarcos wurde schließlich von Raytheon übernommen, das die Entwicklung fortsetzte und fünf Jahre später die zweite Generation des Anzugs einführte.

Das Exoskelett XOS 2 begeisterte die Öffentlichkeit so sehr, dass das Time Magazine es in seine Top-5-Liste 2010 aufnahm.

In der Zwischenzeit arbeiteten andere Unternehmen wie Berkeley Bionics daran, die Energiemenge zu reduzieren, die künstliche Prothesen benötigen, damit das Exoskelett lange genug funktionieren kann, um praktikabel zu sein. Ein Projekt aus den 2000er Jahren, der Human Load Carrier (HULC), konnte mit einer einzigen Ladung bis zu 20 Stunden lang betrieben werden. Der Fortschritt schritt nach und nach voran.

Exoskelett HAL

Bis zum Ende des Jahrzehnts hatte das japanische Unternehmen Cyberdyne einen Roboteranzug namens HAL entwickelt, dessen Design noch unglaublicher war. Anstatt sich auf die Muskelkontraktionen eines menschlichen Bedieners zu verlassen, arbeitete HAL mit Sensoren, die elektrische Signale aus dem Gehirn des Bedieners lesen. Theoretisch könnte ein HAL-5-basiertes Exoskelett es dem Benutzer ermöglichen, alles zu tun, was er will, indem er nur darüber nachdenkt, ohne einen einzigen Muskel zu bewegen. Doch vorerst sind diese Exoskelette ein Projekt der Zukunft. Und sie haben ihre eigenen Probleme. Beispielsweise sind bisher nur wenige Exoskelette für den öffentlichen Gebrauch zugelassen. Der Rest wird noch getestet.

Entwicklungsprobleme

Bis 2010 führte das DARPA-Projekt zur Schaffung von Exoskeletten zu bestimmten Ergebnissen. Derzeit können fortschrittliche Exoskelettsysteme mit einem Gewicht von bis zu 20 Kilogramm bis zu 100 Kilogramm Nutzlast praktisch ohne Bedieneraufwand heben. Gleichzeitig sind die neuesten Exoskelette leiser als ein Bürodrucker, können sich mit einer Geschwindigkeit von 16 km/h bewegen, Kniebeugen ausführen und springen.

Vor nicht allzu langer Zeit stellte einer der Rüstungskonzerne, Lockheed Martin, sein Exoskelett vor, das für das Heben schwerer Lasten konzipiert ist. Das sogenannte „passive Exoskelett“, das für Werftarbeiter entwickelt wurde, überträgt die Last einfach auf die Beine des Exoskeletts am Boden.

Der Unterschied zwischen modernen Exoskeletten und solchen, die in den 60er Jahren entwickelt wurden, besteht darin, dass sie mit Sensoren und GPS-Empfängern ausgestattet sind. Dadurch erhöht sich der Einsatz für militärische Zwecke weiter. Soldaten könnten durch den Einsatz solcher Exoskelette zahlreiche Vorteile erlangen, von der präzisen Geopositionierung bis hin zu zusätzlichen Superkräften. DARPA entwickelt außerdem automatisierte Stoffe, die in Exoskeletten zur Überwachung der Herz- und Atemwegsgesundheit eingesetzt werden könnten.

Wenn die amerikanische Industrie diesen Weg weiter beschreitet, wird sie sehr bald über Fahrzeuge verfügen, die sich nicht nur „schneller, höher, stärker“ bewegen können, sondern auch mehrere Hundert zusätzliche Nutzlasten transportieren können. Allerdings wird es noch mindestens einige Jahre dauern, bis es wirklich so weit ist. Eisenmänner„wird ins Spiel kommen.

Wie so oft können die Entwicklungen militärischer Behörden (denken Sie zum Beispiel an das Internet) in Friedenszeiten von großem Nutzen sein, da die Technologie schließlich zum Einsatz kommt und den Menschen hilft. Menschen mit vollständiger oder teilweiser Lähmung, Menschen mit Verletzungen Rückenmark und Muskelschwund können ein erfüllteres Leben führen. Berkeley Bionics testet beispielsweise eLegs, ein batteriebetriebenes Exoskelett, das es einer Person ermöglichen würde, über längere Zeiträume zu gehen, zu sitzen oder einfach zu stehen.

Eines ist sicher: Der Prozess der rasanten Entwicklung von Exoskeletten begann zu Beginn dieses Jahrhunderts (nennen wir es die zweite Welle), und wie alles endet, wird sehr, sehr bald bekannt werden. Technologien stehen nie still, und wenn Ingenieure etwas in Angriff nehmen, führen sie es zu einem logischen Abschluss.

Ein Exoskelett ist ein äußerer Rahmen, der es einer Person ermöglicht, wirklich fantastische Aktionen auszuführen: Gewichte heben, fliegen, mit hoher Geschwindigkeit laufen, riesige Sprünge machen usw. Und wenn Sie denken, dass nur die Hauptfiguren von „Iron Man“ oder „Avatar“ über solche Geräte verfügen, dann irren Sie sich zutiefst. Sie stehen der Menschheit seit den 60er Jahren zur Verfügung. letztes Jahrhundert; Darüber hinaus können Sie lernen, wie Sie mit Ihren eigenen Händen ein Exoskelett zusammenbauen! Allerdings das Wichtigste zuerst.

Exoskelett: Einführung

Heute können Sie sich ganz einfach ein Exoskelett kaufen – ähnliche Produkte werden von Ekso Bionics und Hybrid Assistive Limb (Japan), Indego (USA) und ReWalk (Israel) hergestellt. Aber nur, wenn Sie 75-120.000 Euro mehr übrig haben. In Russland werden derzeit nur medizinische Exoskelette hergestellt. Sie werden von der Firma Exoatlet entworfen und hergestellt.

Wissenschaftler von General Electric und US-Militärkonzernen stellten bereits in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts das erste Exoskelett mit eigenen Händen her. Es hieß Hardiman und konnte eine maximale Last von 110 kg frei in die Luft heben. Die Person, die dieses Gerät anlegte, erfuhr dabei eine Belastung, als würde sie 4,5 kg heben! Nur Hardiman selbst wog ganze 680 kg. Deshalb war er nicht sehr gefragt.

Alle Exoskelette werden in drei Typen unterteilt:

vollständig robotisch;

• für Beine.

Moderne Roboteranzüge wiegen zwischen 5 und 30 kg oder mehr. Sie können entweder aktiv oder passiv sein (sie arbeiten nur auf Befehl des Bedieners). Je nach Verwendungszweck werden Exoskelette in Militär, Medizin, Industrie und Raumfahrt unterteilt. Schauen wir uns die bemerkenswertesten davon an.

Die beeindruckendsten Exoskelette unserer Zeit

Natürlich wird es in naher Zukunft nicht möglich sein, solche Exoskelette mit eigenen Händen zu Hause zusammenzubauen, aber es lohnt sich, sie kennenzulernen:

• DM (Traummaschine). Hierbei handelt es sich um ein vollautomatisches hydraulisches Exoskelett, das durch die Stimme seines Bedieners gesteuert wird. Das Gerät wiegt 21 kg und kann eine Person mit einem Gewicht von bis zu einem Zentner tragen. Bisher wird es zur Rehabilitation von Patienten eingesetzt, die aufgrund von Erkrankungen des Zentralnervensystems oder anderen neuromuskulären Erkrankungen nicht gehen können. ungefähren Kosten- 7 Millionen Rubel.
• Exo GT. Die Mission dieses Exoskeletts ist die gleiche wie die des vorherigen – es hilft Menschen mit Pathologien der motorischen Funktionen der Beine. Die Eigenschaften ähneln denen des vorherigen, der Preis beträgt 7,5 Millionen Rubel.
• ReWalk. Aufruf, Menschen mit Querschnittslähmung wieder Bewegung zu geben. Das Gerät wiegt 25 kg und kann 3 Stunden lang ohne Aufladen arbeiten. Das Exoskelett ist in Europa und den USA für umgerechnet 3,5 Millionen Rubel erhältlich.
• REX. Heute kann dieses Gerät in Russland für 9 Millionen Rubel gekauft werden. Das Exoskelett ermöglicht Menschen mit Beinlähmung nicht nur das selbstständige Gehen, sondern auch die Fähigkeit, aufzustehen/hinzusetzen, sich umzudrehen, einen Mondspaziergang zu machen, Treppen hinunterzugehen usw. REX wird über einen Joystick gesteuert und kann den ganzen Tag ohne Aufladen betrieben werden.
• HAL (Hybrid Assistive Limb). Es gibt zwei Versionen – für Arme und für Arme/Beine/Rumpf. Diese Erfindung ermöglicht es dem Bediener, ein Gewicht zu heben, das fünfmal schwerer ist als das für eine Person zulässige Gewicht. Es wird auch zur Rehabilitation gelähmter Menschen eingesetzt. Dieses Exoskelett wiegt nur 12 kg und die Ladezeit beträgt 1,0 bis 1,5 Stunden.

So stellen Sie Ihr eigenes Exoskelett her: James Hacksmith Hobson

Zuerst und tschüss die einzige Person Die Person, die es geschafft hat, außerhalb des Labors ein Exoskelett zu konstruieren, ist der kanadische Ingenieur James Hobson. Der Erfinder hat ein Gerät zusammengebaut, mit dem er 78 Kilogramm schwere Schlackenblöcke frei in die Luft heben kann. Sein Exoskelett arbeitet mit pneumatischen Zylindern, die von einem Kompressor mit Energie versorgt werden, und das Gerät wird über eine Fernbedienung gesteuert.

Der Kanadier macht aus seiner Erfindung kein Geheimnis. Auf der Website des Ingenieurs und auf seinem YouTube-Kanal können Sie nach seinem Beispiel lernen, wie man ein Exoskelett mit eigenen Händen zusammenbaut. Bedenken Sie jedoch, dass das von einem solchen Exoskelett angehobene Gewicht ausschließlich auf der Wirbelsäule des Bedieners lastet.

DIY-Exoskelett: grobes Diagramm

Es gibt keine detaillierte Anleitung, mit der Sie das Exoskelett problemlos zu Hause zusammenbauen können. Es ist jedoch klar, dass Folgendes erforderlich sein wird:

• Rahmen, gekennzeichnet durch Stärke und Beweglichkeit;
• hydraulische Kolben;
• Druckkammern;
• Vakuumpumpen;
• Stromversorgung;
• langlebige Rohre, die hohem Druck standhalten;
• Computer zur Steuerung;
• Sensoren;
• Software, mit der Sie Informationen von Sensoren senden und umwandeln können erforderliche Arbeit Ventile

Wie diese Komposition ungefähr funktionieren wird:

1. Eine Pumpe muss den Druck im System erhöhen, die andere muss ihn senken.
2. Die Funktion der Ventile hängt vom Druck in den Druckkammern ab, dessen Anstieg/Abfall das System steuert.
3. Anordnung der Sensoren (gegen die Bewegung der Gliedmaßen): sechs Arme, vier Rücken, drei Beine, zwei Füße (insgesamt mehr als 30).
4. Eine Computersoftware soll den Druck auf die Sensoren eliminieren.
5. Sensorsignale müssen in bedingte (die daraus gewonnenen Informationen sind nützlich, wenn der bedingungslose Sensor nicht über den Druck spricht, den er erfährt) und bedingungslose Signale unterteilt werden. Die Bedingtheit/Unbedingtheit dieser Elemente kann beispielsweise durch einen Beschleunigungsmesser ermittelt werden.
6. Die Hände des Exoskeletts haben drei Finger und sind vom Handgelenk des Bedieners getrennt, um Verletzungen vorzubeugen und für zusätzliche Kraft zu sorgen.
7. Die Stromquelle wird nach der Montage und Probeprüfung des Exoskeletts ausgewählt.

Bisher nur im Bereich der Rehabilitation beginnen sie bereits Einzug in unser Leben zu halten. Es tauchen Erfinder auf, die in der Lage sind, ein solches Gerät außerhalb des Labors zu bauen. Es ist durchaus möglich, dass in naher Zukunft jedes Schulkind ein Stalker-Exoskelett mit eigenen Händen zusammenbauen kann. Es lässt sich schon jetzt vorhersagen, dass solchen Systemen die Zukunft gehört.