Exoskeletons

Sanajan beuki loba geus uninga ngeunaan exoskeletons lately, tétéla yén sajarah penemuan ieu balik deui ka abad XIX. Pilarian kumaha éta parantos robih salami sababaraha dekade sareng kumaha titik balikna dina évolusina. 

1. Ilustrasi tina patén Nikolai Yagn

1890 - Gagasan inovatif munggaran pikeun nyiptakeun exoskeleton tanggal deui ka abad ka-1890. Dina 420179, Nicholas Yagn dipaténkeun di Amérika Serikat (patén No. US XNUMX A) "A alat pikeun facilitating leumpang, ngajalankeun sarta jumping" (1). Ieu armor dijieunna tina kai, tujuanana pikeun ngaronjatkeun kagancangan soldadu salila march loba-kilometer. Desain janten sumber inspirasi pikeun milarian salajengna pikeun solusi optimal.

1961 - Dina 60s, General Electric, bareng jeung grup élmuwan ti Universitas Comell, mimiti gawé dina kreasi hiji jas elektro-hidrolik nu ngarojong latihan manusa. Kolaborasi sareng militér dina proyék Man Augmentation nyababkeun ngembangkeun Hardiman (2). Tujuan tina proyék ieu nya éta nyieun jas nu meniru gerakan alam hiji jalma, sahingga anjeunna bisa ngangkat objék beuratna ampir 700 kg. Kostum sorangan beuratna sarua, tapi beurat tangible éta ngan 20 kg.

2. Umum Electric prototipe exchanger panas

Sanajan kasuksésan proyék, tétéla yén usefulness na éta negligible, sarta salinan awal bakal jadi mahal. Pilihan mobilitas kawatesna sareng sistem kakuatan anu kompleks pamustunganana nyababkeun alat-alat ieu teu tiasa dianggo. Dina tés, tétéla yén Hardiman ngan ukur tiasa angkat 350 kg, sareng nganggo anu berkepanjangan ngagaduhan kacenderungan pikeun gerakan anu bahaya, henteu teratur. Tina ngembangkeun prototipe salajengna ditinggalkeun ngan hiji panangan - alat ditimbang ngeunaan 250 kg, tapi éta sagampil praktis salaku exoskeleton saméméhna.

Taun 70-an. "Kusabab ukuranana, beurat, instability, sareng masalah kakuatan, Hardiman henteu kantos janten produksi, tapi Man-Mate industri ngagunakeun sababaraha téknologi ti taun 60an. Hak kana téknologi dibeuli ku Western Space and Marine, diadegkeun ku salah sahiji insinyur ge. Produkna parantos dikembangkeun sareng ayeuna aya dina bentuk panangan robot anu ageung anu tiasa angkat dugi ka 4500 kg nganggo eupan balik gaya, janten idéal pikeun industri baja.

3. Exoskeletons diwangun di Mihailo Pupin Institute di Sérbia.

1972 – Awal exoskeletons aktif jeung robot humanoid anu dimekarkeun di Mihailo Pupin Institute di Sérbia ku grup dipingpin ku Prof. Miomir Vukobratovich. Kahiji, sistem gerakan suku geus dimekarkeun pikeun ngarojong rehabilitasi jalma nalangsara ti paraplegia (3). Nalika ngembangkeun exoskeletons aktip, institut ogé ngembangkeun métode pikeun nganalisis jeung ngadalikeun gait manusa. Sababaraha kamajuan ieu parantos nyumbang kana pamekaran robot humanoid kinerja tinggi ayeuna. Dina 1972, hiji exoskeleton pneumatic aktip kalawan programming éléktronik pikeun paralisis tina extremities handap diuji di hiji klinik orthopedic di Belgrade.

1985 "Saurang insinyur di Laboratorium Nasional Los Alamos ngawangun exoskeleton anu disebut Pitman, armor kakuatan pikeun tentara infantri. Kadali alat ieu dumasar kana sensor nu nyeken beungeut tangkorak, disimpen dina helm husus. Dibikeun kamampuan téknologi waktos éta, desain anu rumit teuing pikeun diproduksi. Watesan utamina nyaéta kakuatan komputasi anu teu cekap tina komputer. Sajaba ti éta, ngolah sinyal otak sarta ngarobahna kana gerakan exoskeleton tetep téhnisna praktis teu mungkin dina waktu éta.

4. Exoskeleton Lifesuit, dirancang ku Monty Reed.

1986 - Monty Reed, prajurit Angkatan Darat AS anu narekahan tulang tonggongna nalika terjun payung, ngembangkeun jas survival exoskeleton (4). Anjeunna diideuan ku déskripsi ngeunaan jas tentara leumpang dina novél fiksi ilmiah Robert Heinlein Starship Troopers, anu anjeunna baca nalika pulih di rumah sakit. Nanging, Reed henteu ngamimitian damel dina alatna dugi ka 2001. Dina 2005, anjeunna nguji prototipe 4,8 jas nyalametkeun dina lomba Poé St Patrick di Seattle, Washington. Pamekar ngaklaim geus nyetel catetan speed leumpang dina jas robot, megatkeun 4 kilométer dina laju rata-rata 14 km / h. Prototipe Lifesuit 1,6 tiasa angkat 92 km dicas pinuh sareng diidinan angkat XNUMX kg.

1990-ayeuna - Prototipe mimiti exoskeleton HAL diajukeun ku Yoshiyuki Sankai (5), Prof. Universitas Tsukuba. Sankai nyéépkeun tilu taun - ti 1990 dugi ka 1993 - ngaidentipikasi neuron anu ngatur gerakan suku. Anjeunna sareng timna peryogi opat taun deui pikeun prototipe alat éta. Prototipe HAL katilu, dimekarkeun dina awal abad ka-22, disambungkeun ka komputer. Batré sorangan beuratna ampir 5 kg, anu matak teu praktis. Sabalikna, modél engké HAL-10 beuratna ngan 5 kg, kalayan batré sareng komputer kontrol dibungkus dina cangkéng pangguna. HAL-XNUMX ayeuna mangrupikeun exoskeleton médis opat anggota (sanaos versi ngan ukur anggota handap ogé sayogi) diproduksi ku perusahaan Jepang Cyberdyne Inc. gawé bareng jeung Universitas Tsukuba.

5. Professor Yoshiyuki Sankai nampilkeun salah sahiji model exoskeleton.

Gawéna kirang langkung 2 jam 40 menit di jero ruangan sareng di luar. Ngabantosan ngangkat barang beurat. Lokasi kadali sareng drive dina peti di jero kasus ngamungkinkeun pikeun ngaleungitkeun "ransel" janten karakteristik kalolobaan exoskeletons, sakapeung nyarupaan serangga ageung. Jalma anu hiperténsi, osteoporosis, sareng kaayaan jantung naon waé kedah konsultasi ka dokter sateuacan nganggo HAL, sareng contraindications kalebet, tapi henteu dugi ka, pacemaker sareng kakandungan. Salaku bagian tina program HAL FIT, produsén nawiskeun kamungkinan ngagunakeun sesi perawatan kalayan exoskeleton pikeun jalma anu gering sareng séhat. Desainer HAL nyatakeun yén tahapan pamutahiran salajengna bakal difokuskeun nyiptakeun jas ipis anu bakal ngamungkinkeun pangguna pikeun mindahkeun sacara bébas komo ngajalankeun. 

2000 - prof. Homayoun Kazeruni sareng timnya di Ekso Bionics nuju ngembangkeun Universal Human Cargo Carrier, atanapi HULC (6) nyaéta exoskeleton nirkabel kalayan drive hidrolik. Tujuanana nyaéta pikeun ngabantosan prajurit tarung mawa beban anu beuratna dugi ka 90 kg kanggo waktos anu lami, kalayan kecepatan maksimal 16 km / jam. Sistim ieu diumumkeun ka umum dina AUSA Winter Symposium on Pébruari 26, 2009, nalika hiji perjangjian lisénsi kahontal ku Lockheed Martin. Bahan dominan anu dianggo dina desain ieu nyaéta titanium, bahan anu hampang tapi kawilang mahal kalayan sipat mékanis sareng kakuatan anu luhur.

Exoskeleton dilengkepan ku cangkir nyeuseup anu ngamungkinkeun anjeun nyandak barang-barang anu beuratna dugi ka 68 kg (alat angkat). Kakuatan disayogikeun tina opat batré litium-polimér, anu mastikeun operasi normal alat dina beban optimal dugi ka 20 jam. Exoskeleton diuji dina sagala rupa kaayaan tempur sareng ku rupa-rupa beban. Saatos runtuyan percobaan suksés di gugur 2012, anjeunna dikirim ka Afghanistan, dimana anjeunna diuji salila konflik pakarang. Sanajan loba ulasan positif, proyék ieu ditunda. Salaku tétéla, desain dijieun hésé nedunan gerakan tangtu jeung sabenerna ngaronjat beban dina otot, nu contradicted gagasan umum kreasi na.

2001 - Proyék Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX), anu mimitina ditujukeun pikeun tentara, dijalankeun. Dina kerangkana, hasil anu ngajangjikeun parantos dihontal dina bentuk solusi otonom anu penting praktis. Anu mimiti, alat robotic diciptakeun, napel dina awak handap pikeun masihan kaki kakuatan tambahan. Alat-alat éta dibiayaan ku Badan Proyék Panaliti Lanjutan Pertahanan (DARPA) sareng dikembangkeun ku Robotika Berkeley sareng Laboratorium Téknik Manusa, divisi Universitas California, Departemen Téknik Mesin Berkeley. Sistim exoskeleton Berkeley méré prajurit kamampuhan pikeun mawa payloads badag kalayan usaha minimal na leuwih sagala jenis rupa bumi, kayaning dahareun, alat nyalametkeun, kit bantuan munggaran, komunikasi jeung pakarang. Salian aplikasi militer, BLEEX ayeuna ngembangkeun proyék sipil. Laboratorium Robotika sareng Téknik Asasi Manusa ayeuna nuju nalungtik solusi ieu: ExoHiker - exoskeleton dirancang khusus pikeun anggota ekspedisi dimana aya kabutuhan pikeun ngangkut alat-alat beurat, ExoClimber - alat-alat pikeun jalma-jalma naék gunung luhur, Exoskeleton Médis - exoskeleton pikeun jalma anu cacad. kamampuhan fisik. gangguan mobilitas dahan handap.

8. Prototipe Sarcos XOS 2 dina aksi

naskah

2010 – XOS 2 mucunghul (8) mangrupakeun tuluyan tina exoskeleton XOS ti Sarcos. Anu mimiti, desain anyar geus jadi torek jeung leuwih dipercaya, ngamungkinkeun anjeun pikeun ngangkat beban statik beuratna nepi ka 90 kg. Alatna nyarupaan cyborg. Kontrol dumasar kana tilu puluh aktuator anu tindakanna sapertos sendi jieunan. Exoskeleton ngandung sababaraha sénsor anu ngirimkeun sinyal ka aktuator ngaliwatan komputer. Ku cara kieu, operasi lancar sareng kontinyu lumangsung, sareng pangguna henteu ngarasa usaha anu penting. Beurat XOS nyaéta 68 kg.

2011-ayeuna - Administrasi Pangan sareng Narkoba AS (FDA) nyatujuan eksoskeleton médis ReWalk (9). Éta mangrupikeun sistem anu ngagunakeun elemen kakuatan pikeun nguatkeun suku sareng ngamungkinkeun jalma anu paralisis nangtung lempeng, leumpang sareng naék tangga. Énergi disadiakeun ku batré ransel. Kontrolna dilaksanakeun nganggo kadali jauh anu dicekel ku panangan anu sederhana anu ngadeteksi sareng ngabenerkeun gerakan pangguna. Sadayana dirarancang ku Amit Goffer of Israel sareng dijual ku ReWalk Robotics Ltd (asalna Argo Medical Technologies) sakitar PLN 85. dollar.

9 Jalma Leumpang Dina ReWalk Exoskeletons

Dina waktos pelepasan, alat-alat éta sayogi dina dua versi - ReWalk I sareng ReWalk P. Anu munggaran dianggo ku lembaga médis pikeun tujuan panalungtikan atanapi terapi dina pangawasan profésional médis. ReWalk P dimaksudkeun pikeun panggunaan pribadi ku pasien di bumi atanapi di tempat umum. Dina Januari 2013, pérsi diropéa tina ReWalk Rehabilitation 2.0 dirilis. Ieu ningkatkeun pas pikeun jalma anu langkung jangkung sareng ningkatkeun parangkat lunak kontrol. ReWalk merlukeun pamaké ngagunakeun crutches. Panyakit kardiovaskular sareng fragility tulang disebatkeun salaku kontraindikasi. Watesan ogé tumuwuh, dina 1,6-1,9 m, sarta beurat awak nepi ka 100 kg. Ieu hiji-hijina exoskeleton dimana anjeun tiasa nyetir mobil.

10. Ex Bionics eLEGS

2012 Ekso Bionics, baheulana kawanoh salaku Berkeley Bionics, ngumumkeun exoskeleton médis na. Proyék dimimitian dua taun sateuacanna kalayan nami eLEGS (10), sarta dimaksudkeun pikeun rehabilitasi jalma kalawan varying derajat paralisis. Kawas ReWalk, konstruksi merlukeun pamakéan crutches. Batré nyadiakeun énergi pikeun sahenteuna genep jam pamakean. Exo set waragad ngeunaan 100 rébu. dollar. Di Polandia, proyék éksoskeleton Ekso GT, alat médis anu dirancang pikeun damel sareng pasien neurologis, dipikanyaho. Desain na ngamungkinkeun leumpang, kaasup jalma sanggeus stroke, tatu tulang tukang, penderita sababaraha sclerosis atawa sindrom Guillain-Barré. Parabot tiasa beroperasi dina sababaraha modeu anu béda, gumantung kana tingkat disfungsi pasien.

2013 - Mindwalker, proyék exoskeleton anu dikadalikeun pikiran, nampi dana ti Uni Éropa. Desain mangrupa hasil kolaborasi antara élmuwan ti Free University of Brussel jeung Santa Lucia Foundation di Italia. Para panalungtik nguji sababaraha cara pikeun ngadalikeun alat - aranjeunna yakin yén panganteur otak-neuro-komputer (BNCI) jalan pangalusna, nu ngidinan Anjeun pikeun ngadalikeun eta kalawan pikiran. Sinyal ngaliwat antara uteuk sareng komputer, ngalangkungan sumsum tulang tonggong. Mindwalker ngarobah sinyal EMG, nyaeta, potensi leutik (disebut myopotentials) nu nembongan dina beungeut kulit hiji jalma nalika otot berpungsi, kana paréntah gerakan éléktronik. Exoskeleton rada hampang, beuratna ngan 30 kg tanpa batré. Éta bakal ngadukung sawawa anu beuratna dugi ka 100 kg.

2016 - Universitas Téknis ETH di Zurich, Swiss, ngayakeun kompetisi olahraga Cybathlon munggaran pikeun jalma-jalma anu cacad ngagunakeun robot anu ngabantosan. Salah sahiji disiplin nyaéta balapan exoskeleton dina kursus halangan pikeun jalma anu lumpuh tina extremities handap. Dina demonstrasi kaahlian sareng téknologi ieu, pangguna éksoskeleton kedah ngalaksanakeun tugas sapertos linggih dina dipan sareng gugah, leumpang dina lamping, nincak batu (sapertos nalika nyebrang walungan gunung anu deet), sareng naék tangga. Tétéla teu aya anu tiasa ngawasaan sadaya latihan, sareng tim panggancangna nyandak langkung ti 50 menit pikeun ngarengsekeun 8-méteran halangan. Acara salajengna bakal lumangsung dina 2020 salaku indikator ngembangkeun téknologi exoskeleton.

2019 - Salila demonstrasi usum panas di Pusat Pelatihan Komando di Lympston, Inggris, Richard Browning, panemu sareng CEO Gravity Industries, nunjukkeun jas jet exoskeleton Daedalus Mark 1 na, anu ngagaduhan kesan anu ageung dina militér, sareng sanés ngan ukur Inggris. Genep mesin jet leutik - dua di antarana dipasang di tukang sareng dua dina bentuk pasangan tambahan dina unggal panangan - ngamungkinkeun anjeun naek ka jangkungna dugi ka 600 m. Sajauh ieu, ngan ukur suluh anu cekap pikeun 10 menit. hiber...