Екзоскеле́т (від грец. έξω — зовнішній і σκελετος — скелет) — пристрій, призначений для поповнення втрачених функцій, збільшення сили м'язів людини і розширення амплітуди рухів за рахунок зовнішнього каркаса і привідних елементів.
Екзоскелет повторює біомеханіку людини для пропорційного збільшення зусиль під час рухів. Для визначення цих пропорцій слід користуватися поняттям анатомічна параметризація.
Анатомічна параметризація — це визначення відповідностей між різними анатомічними характеристиками будови людського тіла і параметрами механічного пристрою, що обумовлюють оптимальну роботу утворюваної при цьому біомеханічної системи.
За повідомленнями у відкритій пресі, реально діючі зразки в даний час створені в Японії, Ізраїлі, США і Росії.
В Україні киянин Антон Головаченко побудував оригінальний екзоскелет, який набуває популярності в світі
Історія
Перший екзоскелет був спільно розроблений General Electric і United States military в 60-х, і називався Hardiman. Він міг піднімати 110 кг при зусиллі, що застосовується при підйомі 4,5 кг. Однак він був непрактичним через його значну масу в 680 кг. Проект не був успішним. Будь-яка спроба використання повного екзоскелета закінчувалася інтенсивним неконтрольованим рухом, в результаті чого ніколи не перевірявся з людиною всередині. Подальші дослідження були зосереджені на одній руці. Хоча вона мала піднімати 340 кг, її вага становила 750 кг, що в два рази перевищувало підйомну потужність. Без отримання разом всіх компонентів для роботи практичне застосування проекту Hardiman було обмежено.
Екзоскелет ReWalk, розроблений ReWalk Robotics, дозволяє паралізованим людям ходити. Нова система, за словами дослідників, може застосовуватися пацієнтами в повсякденному житті.
Класифікація
Екзоскелети, створені на сьогоднішній день, або знаходяться в стадії перспективних розробок можуть бути класифіковані за такими ознаками:
- Тип виконавчого механізму
- Наявність приводу посилення зчленувань
- Анатомічна локалізація посилених зчленувань
- Наявність вбудованого джерела енергії
- Вид використовуваного силового приводу
- Спосіб отримання сигналу
- Тип силової установки і джерела енергії
- Область практичного застосування
Напрямки розробки
Головним напрямом розробок є військове застосування екзоскелетів з метою підвищення мобільності тактичних груп і підрозділів, що діють у пішому порядку, за рахунок компенсації фізичного навантаження солдат, зумовленого значною вагою екіпіровки. Зменшення фізичного навантаження для підвищення рухливості і швидкості також може поєднуватися зі збільшенням сили того, хто використовує екзоскелет.
Інтеграція у бойове спорядження буде супроводжуватися перетворенням екзоскелета на багатофункціональну систему. Окрім основного призначення, він може виконувати функції електрогенератора, сховища акумуляторних батарей, каркаса для кріплення модулів бронезахисту, засобів телекомунікацій, різних сенсорів і датчиків, проведення ліній електроживлення та передачі даних. Заслуговує на увагу застосування екзоскелета як складового елементу конструкції сидінь, що забезпечує фіксацію солдата та його захист від перенавантажень під час підриву мін , а також в якості антенної системи для передачі і прийому радіосигналів.
Іншою можливою областю застосування екзоскелетів є допомога травмованим людям і людям з інвалідністю, літнім людям, які в силу свого віку мають проблеми з опорно-руховим апаратом.
Модифікації екзоскелетів, а також окремі їх моделі, можуть надавати значну допомогу рятувальникам при розборах завалів зруйнованих будівель. При цьому екзоскелет може захистити рятувальника від падіння уламків.
У 1960-і рр. компанія General Electric розробила електричну і гідравлічну конструкцію під назвою Hardiman, за формою нагадувала навантажувач-екзоскелет, який лейтенант Еллен Ріплі (У фільмі « Чужі») використовує в фінальному бою проти матки Чужих [1], однак при вазі в 1500 фунтів (680,4 кг) конструкція була неефективна.
Робочі приклади екзоскелетів були побудовані, але широке застосування таких моделей поки неможливо. Це, наприклад, екзоскелет XOS компанії Sarcos, який був розроблений на замовлення армії США. За заявами преси, машина вдало спроектована але, через відсутність акумуляторів достатньої ємності, демонстрацію довелося проводити в режимі роботи від мережі (ролик з демонстрацією є на YouTube).
Деякі екзоскелети (Hybrid Assistive Limb, Honda Walking Assist Device) позиціонуються як пристрої для людей з проблемами опорно-рухового апарату. Honda Walking Assist Device був зроблений компанією Honda в трьох розмірах — малий, середній (маса 2,8 кг), великий.
Компанія Ekso, яка спеціалізується на розробці екзоскелетів, одягла у екзоскелети співробітників компанії Ford: 2018 року саме завдяки екзоскелетам EksoVest кількість лікарняних на виробництві стала однією з найнижчих в історії компанії.
Компанія Laevo (Нідерланди) розробила пасивний варіант екзоскелета, в якому використані гідравлічні циліндри. Він призначений для полегшення виконання логістичних операцій і знижує суб'єктивне сприйняття навантаження на 40 - 50 %. При нахилах тулуба та присіданнях в гідроциліндрах екзоскелета формується надмірний тиск, що вивільняється у процесі повернення тіла в вертикальне положення, утворюючи в той момент додаткове зусилля для розвантаження відповідних м'язів. Вага виробу версії V2.4 стновить 2,5 кг, версії V2.5 - 2,8 кг. Гідроциліндри розраховані мінімум на 250 тис. спрацьовувань протягом 3 років. Температура оточуючого середовища в процесі експлуатації має бути плюсовою. Екзоскелет отримав медичний сертифікат "CE - Medical Device Class I".
Див. також
Посилання
- Японский экзоскелет с защитой от радиации [Архівовано 2 жовтня 2015 у Wayback Machine.]
- Софт@mail.ru: Американцы готовы поставить пехотные экзоскелеты на конвейер
- Wearable Power Assist Suit(англ.)
- Ireland On-line: Wheelchair-bound Japanese man looks to robot suit(англ.)
- Building the Real Iron Man [Архівовано 25 січня 2016 у Wayback Machine.](англ.)
- Pentagon to Develop Super-Suits [Архівовано 9 лютого 2012 у Wayback Machine.](англ.)
- inventors.about.com — Exoskeleton(англ.)
- LIFESUIT Robotic Exoskeleton [Архівовано 25 грудня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
- Honda to Showcase Experimental Walking Assist Device at BARRIER FREE 2008 [Архівовано 5 березня 2016 у Wayback Machine.] April 22, 2008
- Honda создала портативный экзоскелет для пожилых [Архівовано 26 квітня 2008 у Wayback Machine.]. 22 апреля 2008
- [[https://web.archive.org/web/20181125115614/http://www.laevo.nl/wp-content/uploads/2018/04/2018-03-12-Laevo-Instructions-V2.4-2.5-EN.pdf Архівовано 25 листопада 2018 у Wayback Machine.] Manual Laevo V2.4 – V2.5 (EN)]]
