Военные экзоскелеты: Российский экзоскелет оценили в США — Российская газета

Содержание

Forbes (США): почему экзоскелеты российских военных — не научная фантастика | Военное дело | ИноСМИ

После очередной неудачной попытки США создать силовую броню в стиле «Железного человека» некоторые комментаторы заключили, что военные экзоскелеты навсегда останутся научной фантастикой. Хотя обычному американскому пехотинцу превратиться в Тони Старка (супергерой, персонаж вселенной «Марвел», прим. перев.) в ближайшее время вряд ли светит, его российский коллега технологиями экзоскелета уже пользуется вовсю. В гонке черепах и зайцев русские вырываются вперед, благодаря скромным, но эффективным технологиям.

Российские экзоскелеты, известные как боевые костюмы «Ратник», созданы Центральным научно-исследовательским институтом точного машиностроения (ЦНИИТочМаш), частью оборонного гиганта «Ростех». Первоначальная версия «Ратника» — экзоскелет без двигателя, который снимает с солдата нагрузку и, как утверждается, позволяет совершать длительные марш-броски и атаки с весом до 45 килограммов.

Безмоторные (или пассивные) экзоскелеты снимают с пользователя нагрузку, используя для хранения или высвобождения энергии пружины или другие устройства. В ограниченных количествах они уже используются в автомобильной промышленности, где якобы сокращают количество травм спины и плеча, снижают утомляемость и повышают производительность. Поскольку источника питания им не требуется, им не грозит целый ряд сложных технических проблем брони с электроприводом вроде вышедшего из строя TALOS — батарейки за несколько часов у владельца не сядут.

«Основной вызов представляет собой выбор материала для экзоскелетов. Они должны быть и прочными, и легкими», — рассказал «Форбс» генеральный директор ЦНИИТочМаш Альберт Баков. Подробностей Баков не сообщил, но другие источники предполагают, что текущая версия сделана из композитного углеродного волокна.

Forbes

Forbes

Forbes

Хотя Баков рассчитывает, что в конечном итоге появится версия с приводом, он не считает, что современные технологии для этой задачи подходят.

«Аккумулятор необходимой емкости и размера еще не разработан», — просто ответил Баков.

Ранняя версия «Ратника», ЭО-1, уже прошла обширные испытания — даже использовалась боевыми инженерами в полевых условиях в Сирии в 2017 году. Как ни странно, они понадобились из-за веса российской электроники, которую перевозили операторы с помощью робототехнического комплекса разминирования «Уран-6».

«Операторам „Урана-6″ приходится носить на груди тяжелый пульт управления», — говорит советник российской программы Центра военно-морских исследований и специалист по российским беспилотным системам Сэмюэль Бендетт (Samuel Bendett). Блок управления весит более 18 килограммов, но с помощью экзоскелета операторы могут без труда передвигаться быстрым шагом, а также садиться, ложиться и вставать без лишних усилий.

«Экзоскелет оказался идеальным временным решением для немедленного использования, чтобы удовлетворить оперативные потребности солдата», — говорит Бендетт.

Считается, что в использовании экзоскелет интуитивно понятен. Надеть его можно всего за пару минут, а сбросить — мгновенно. Как сообщает один источник, стоит один комплект порядка 3 500 долларов. Экзоскелет может не только переносить тяжелое оборудование, но и служит креплением для оружия.

«Конструкция экзоскелета с „третьей рукой» позволяет использовать более тяжелое и мощное оружие — например, пулемет — одной рукой», — объяснил Баков.

Поклонники «Чужих» сразу же заметят сходство с пулеметом M56 Smartgun на ремне безопасности — замысел по сути тот же самый. Российские войска с экзоскелетами без силовых установок смогут нести и стрелять из более тяжелого оружия с бóльшим количеством боеприпасов, чем противники, этой технологии лишенные.

Бендетт полагает, что российские разработчики уже придумали различные оригинальные схемы для совершенствования экзоскелета, — добавляя всё от защитной окраски хамелеона до микродронов. Версия третьего поколения, известная как «Сотник», обещана к 2025 году. Но что касается поставленных целей, они вполне реалистичны.

© Министерство обороны РФ | Перейти в фотобанкРазминирование восточных районов сирийского города Алеппо с помощью робототехнического комплекса «Уран-6»

«Даже не завтрашний, а послезавтрашний день этой технологии — активные экзоскелеты с сервоприводами. Вот это уже сильно ближе к кинофантастике», — сообщил «РИА Новости» Сергей Смаглюк из команды разработчиков ЭО-1. Он добавил, что как только появится подходящий источник питания, в разработке экзоскелетов наступит бум, и его компания имеет все шансы его возглавить.

Тем временем, версия без двигателя постепенно совершенствуется: несколько сотен комплектов либо уже эксплуатируются, либо заказаны. ЭО-1 может и не особо впечатляет по сравнению с непобедимой силовой броней, обещанной TALOS из Группы разработки специальных боевых средств ВМС США. Но если проект боевого костюма TALOS, анонсированный еще в 2013 году, пока ни к чему не привел, у русских уже есть ступенька на следующий уровень. Они наберутся практического опыта, на что способен улучшенный солдат, и каковы требования к следующему поколению.

Добыть финансирование для амбициозных проектов с замахом на невиданные возможности в экосистеме Пентагона, может быть, и проще. Но русский пошаговый подход тоже имеет свои преимущества.

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

: Технологии и медиа :: РБК

Военный эксперт журнала «Арсенал Отечества» Алексей Леонков рассказал РБК, что источник питания к экзоскелету — это не блок питания для смартфона, он должен бесперебойно и долго работать в полевых условиях.

«Должна быть соответствующая сила тока, чтобы приводить все приводы этого экзоскелета, чтобы он мог работать хотя бы шесть-восемь часов. Чтобы была возможность подзаряжать его в полевых условиях и обслуживать этот источник питания. Должна быть возможность либо полностью его заменить, либо обслуживать так, чтобы он мог просуществовать еще некоторое время», — пояснил эксперт. По его словам, выпускающиеся сейчас никель-кадмиевые и литийионные аккумуляторы не удовлетворяют этим требованиям.

Читайте на РБК Pro

«В экзоскелете должно быть какое-то устройство, которое во время работы будет подзаряжать аккумулятор. При этом возникает вопрос — какой будет вес у самого экзоскелета? Это очень сложная техническая задача, которая легко решается в лабораторных условиях, когда к экзоскелету можно по кабелю подвести питание, в полевых условиях все иначе», — добавил он.

Начальник аналитического отдела журнала «Солдаты России» Анатолий Матвийчук рассказал РБК, что проблема источников питания для экзоскелетов не только российская. «Экзоскелеты разрабатывают многие ведущие страны: Китай, США, Россия — и все сталкиваются с тем, что автономность питания достаточно низкая. Думаю, проблема в том, что аккумуляторы требуется очень часто заряжать. Если эта проблема будет решена, значит экзоскелеты пойдут в серийное производство». — считает он.

Сейчас на вооружении российских сухопутных войск стоит боевая экипировка «Ратник». В 2018 году «Ростех» впервые представил действующий пассивный экзоскелет для нее, не нуждающийся в источниках питания. При массе от 4 до 8 кг экзоскелет может облегчить солдату переноску грузов весом до 50 кг.

Индустриальный директор кластера вооружений «Ростеха» Сергей Абрамов заявлял, что с 2017 года экзоскелет проходил испытания в условиях реальных боевых действий спецподразделениями Минобороны. Абрамов также заявлял, что госкорпорация создает активный экзоскелет, для которого нужны батареи.

«Ростех» впервые представил действующий экзоскелет для «солдата будущего»

Технологии и медиа

Позже стало известно, что новая разработка получила название «Сотник» и разрабатывается на базе Центрального научно-исследовательского института точного машиностроения (ЦНИИТОЧМАШ). Боевой комплект должен поступить в армию в 2025 году. Масса нового экзоскелета составит около 20 кг. Его планируют оснастить микродронами, передающими изображение на забрало шлема, модулем оценки физического состояния бойца, а также специальным материалом электрохромом, который меняет цвет экипировки в зависимости от местности.

Американский журнал The Natioan Interest в октябре 2020 года высказал сомнения, что «Сотник» будет готов к поставкам в армию через пять лет из-за большого количества высокотехнологичных новинок в экипировке.

Экзоскелеты: силовые доспехи будущего | Будущее, Наука

Экзоскелет (в переводе с греческого, «внешний скелет») — не просто вспомогательный механизм. Это союз человека и машины, специализированный костюм, наделяющий своего оператора дополнительной мощью, манёвренностью и выносливостью, помогающий максимально быстро адаптироваться в любой ситуации. В комиксах, аниме и компьютерных играх с помощью экзоскелетов спасают миры, выживают на постапокалиптической Земле и становятся супергероями. Фантастика часто предугадывает для науки пути развития, но как скоро боевые роботы станут реальностью — и когда, наконец, изобретут броню Железного человека?

Экзоскелет Hardiman

Плоть человеческая слаба — и человечество испокон веков пытается с этой уязвимостью бороться. Стихийные катастрофы, войны, повышенный уровень радиации, чересчур высокое или низкое давление, гравитация либо полное её отсутствие — какой бы ни была опасность, принцип выживания во все века остаётся одинаковым: нивелируй угрозу прежде, чем угроза нивелирует тебя. Эволюция обделила человека черепашьим панцирем и шкурой броненосца, вот и приходится увеличивать свои шансы на выживание, заковывая себя в броню. Отжили своё кольчуги, им на смену пришли латные доспехи, потом появились бронежилеты. Параллельно создавались скафандры, незаменимые в глубоководных и космических экспедициях.

Технологии совершенствовались, а проблемы оставались прежними — менялся только их масштаб. Так, использование брони и её аналогов упрямо сводит мелкую моторику к нулю, а внушительный вес обмундирования уменьшает время его активной эксплуатации: что в средневековых доспехах, что в современных скафандрах не получится долго передвигаться без постоянных перерывов на отдых. Решением стал экзоскелет — не стесняющий движений и повышающий человеческую грузоподъёмность.

Условно все экзоскелеты можно разделить на два вида: те, что восполняют утерянные возможности, и те, что усиливают имеющиеся. Первые разрабатываются в медицинских целях, вторые — ради самых разных задач, требующих расширения изначального человеческого функционала. По сути, усиливающие экзоскелеты — это аналог DLC в компьютерных играх, дополнение к базовой версии игры.

День cурка по-космодесантски: взрывы, ксеносы и верный друг — экзокостюм! («Грань будущего», 2014)

Энергию экзоскелеты чаще всего получают из встроенных в систему аккумуляторов, но иногда можно встретить и модели с проводным подключением, где прототип всё время остаётся «на привязи». Экземпляры, работающие на внешних источниках энергии, называют «активными» — они популярны в военной и космической сферах. Активный экзоскелет, оснащённый бронёй и оружием, использовали, например, герои фильма «Грань будущего» (2014), отражая нападение инопланетных захватчиков. Подобные модели начинают разрабатывать и в реальности. Они значительно увеличивают скорость передвижения, силу и выносливость оператора, но есть у них и ряд недостатков — высокая цена, сложность и тяжесть конструкции, постоянная зависимость от уровня заряда батареи.

Есть и «пассивные» экзоскелеты: им не требуются ни аккумуляторы, ни провода. Они приводятся в действие силами самого оператора, работая на перераспределении кинетической энергии. Пассивные экзоскелеты нашли широкое применение в промышленности и медицине: они весят меньше, просты в использовании и финансово более доступны.

Впрочем, как и у любых экспериментальных разработок, разделение экзоскелетов по типам и отраслям довольно условное: когда новую модель придумывают с нуля, решения могут оказаться самыми разными.

Экзоскелет помогает Джеймсу Роудсу свободно передвигаться, несмотря на травму («Мстители: Война бесконечности»)

Следует отличать экзоскелет от силовой брони, супергеройского костюма и уж тем более — от огромного робота-меха из BattleTech, которым управляет спрятанный в кабине пилот. Несмотря на внешнюю схожесть этих механизмов, у них слишком разное назначение и комплектация: экзоскелет может быть составной частью скафандра или боевого доспеха, но ни защитные, ни боевые функции в его базовый набор не входят.

Экзоскелет может принять на себя вес брони, в разы усилить человеческую грузоподъёмность, повысить скорость движений: оператор получает возможность прыгать дальше, бегать быстрее, дольше двигаться без усталости — и легче преодолевать препятствия (в том числе напролом). Cиловой доспех космодесантника и костюм Железного человека базируются на одной технологии: на идее спрятанного в металлическом каркасе экзоскелета, который одним своим присутствием обеспечивает оператору улучшение всех его способностей, всех навыков. Это мечта человека стать чем-то большим — и способ достигнуть большего. С тех самых пор, как в 1959 году вышел «Звёздный десант» Роберта Хайнлайна, поклонники фантастики стали ждать, когда же такая технология появится в реальности.

Помимо экзоскелетов, инженеры GE Ральф Мошер и Арт Бьюк разрабатывали пилотируемых роботов-мехов (Фото: Museum of Innovation and Science Schenectady)

Долго ждать не пришлось: первый известный миру экзоскелет, Hardiman, был создан в 1965 году американской компанией General Electric. Он стал совместной разработкой сухопутных вооружённых сил и военно-морского флота. Целью проекта обозначили «расширение человеческих возможностей посредством увеличения грузоподъёмной силы». Модель состояла из внутреннего костюма, закреплённого непосредственно на операторе, и внешнего каркаса, который и принимал на себя вес переносимых объектов.

Планировалось, что Hardiman увеличит силу оператора в двадцать пять раз: это означало, что, поднимая груз массой 680 килограммов, человек должен был приложить усилия, необходимые для поднятия всего лишь 27 килограммов. Но до полноценных испытаний дело не дошло: работа механизма оказалась нестабильной, из-за чего оператор рисковал получить травмы. На разработку Hardiman ушло шесть лет, однако из-за его тяжеловесности (экзоскелет весил три четверти тонны) и постоянных сбоев системы проект пришлось признать неудачным. Зато он остался в истории как научный прорыв и вдохновил на дальнейшие исследования учёных по всему миру.

Уже от скелета Hardiman можно было оставить одну клешню (Фото Museum of Innovation and Science Schenectady)

В разработке экзоскелетов в равной степени заинтересованы военные, представители медицинской сферы, промышленные концерны и пионеры космического производства. Не все современные экзоскелеты представляют собой полноценный роботизированный «костюм» — большинству компаний целесообразнее разрабатывать отдельные каркасы для верхних и нижних конечностей и при необходимости собирать их в единую систему.

Экзоскелет REX предназначен для людей с нарушением мобильности: он позволяет пациенту передвигаться без использования рук (Фото: REX Bionics)

Подобные «половинчатые» экзоскелеты, не отягощённые лишними деталями, стоят дешевле и легче находят себе применение в узкоспециализированных областях. В медицине их используют при снижении у пациентов мышечной силы в результате болезни или травмы — или же если необходимо уменьшить нагрузку на позвоночник во время тренировок и в повседневной жизни. Хороший пример можно увидеть во вселенной Marvel: когда Джеймс «Воитель» Роудс был ранен во время событий фильма «Первый мститель: Противостояние» и потерял возможность ходить, Тони Старк сконструировал ему специальный экзоскелет для ног, призванный не только восстановить мобильность друга, но и помочь его дальнейшей реабилитации.

В реальности некоторые модели тоже оснащают подсистемами, которые помогают человеку восстановить утраченные возможности: один из лидеров индустрии, японская компания Сyberdyne, разработала для своего флагманского экзоскелета HAL («вспомогательная гибридная конечность») специальные датчики, которые улавливают нервные сигналы пациента и без дополнительных стимулов преобразуют их в команды мышцам. Предполагается, что подобная обратная связь между человеком и машиной помогает парализованному или ослабленному пациенту быстрее восстановить контроль над собственным телом. В схожей сфере работает новозеландская компания REX Bionics: она разработала экзоскелет, позволяющий пациентам с нарушением подвижности ходить без использования костылей. Выдающихся результатов достигли и компании ReWalk и Ekso Bionics: их модели медицинских экзоскелетов уже доступны в разных странах мира. Эти устройства применяются при реабилитации после инсульта и травмы спинного мозга, а также помогают пациентам с параличом конечностей самостоятельно передвигаться, стоять и даже подниматься по лестнице.

Cyberdyne позиционирует модель Cybernoid HAL как способ стать суперменом. В армрестлинге вам точно не будет равных! (Фото: Steve Juvertson)

О разработках экзоскелетов в военных целях после провала с Hardiman мало что было слышно. Проект закрыли в 1971 году, через двенадцать лет после первой публикации «Звёздного десанта»; идея продолжала жить на страницах фантастических книг и комиксов, но исчезла из заголовков новостей. Единичные разработки, о которых становилось известно общественности, оставались на уровне прототипов. Только в двухтысячных сформировался достаточный базис для серьёзных исследований, с перспективой серийного производства. Модели начали появляться одна за другой: сразу несколько компаний в разных уголках мира разработали оригинальные концепты роботизированных костюмов.

Значительным прорывом стал американский экзоскелет HULС («универсальное грузовое средство для человека»), разработанный специально для военной пехоты и прошедший лабораторные испытания в 2010 году. Экзоскелет весит 24 килограмма (не учитывая элементы питания) и позволяет солдату без особых усилий переносить груз до 91 килограмма, двигаясь по пересечённой местности со скоростью от 11 до 16 километров в час. В зависимости от задания в экзоскелет можно встроить дополнительные датчики, систему отопления или охлаждения, добавить защиту. В феврале 2012 года экзоскелет HULC был представлен на ежегодной конференции TED. Модель не только позволяла с лёгкостью переносить грузы, но и прибавляла оператору выносливости, не снижая ловкости: в экзоскелете можно было ползти и глубоко приседать.

TALOS

Весной 2018 года, после многих лет разработок, китайская компания Norinco тоже представила свой новый прототип, разработанный для военных нужд: эта модель позволяет пехотинцу переносить на себе до 45 килограммов, развивая при этом скорость до четырёх километров в час.

Но ближе всего к стереотипной фантастической броне подобрался американский TALOS («тактический лёгкий штурмовой костюм»), первый концепт которого представили публике ещё в 2013 году. В отличие от других своих собратьев, TALOS разрабатывался для отрядов специального назначения и учитывал специфику их службы: прототипы не только усиливали физическую мощь, но и обладали пуленепробиваемой внешней оболочкой, чем поднимали идею средневековых доспехов на качественно новый уровень. Встроенные в TALOS датчики должны были отслеживать состояние здоровья оператора, приборы ночного видения — увеличивать его обзор, упрощая процесс сбора необходимой информации. В мае 2018-го было объявлено, что пилотируемые испытания начнутся весной следующего года. Но в феврале 2019-го информацию опровергли: разработчики не смогли совладать с трудностями взаимодействия подсистем. Представитель Командования специальных операций США признал, что прототип в настоящее время не готов для работы в обстановке ближнего боя.

Новая модель «Ратника» — уже как будто из кино! (Фото: Юрий Пашолок)

А что же Россия? Сообщается, что в данный момент ведётся разработка экзоскелета для третьего поколения боевой экипировки «Ратник»: кроме увеличения силы и выносливости оператора, новый прототип будет включать в себя подсистемы жизнеобеспечения, управления и связи, защиты и энергосбережения. Предположительно, боевой костюм будет готов к эксплуатации в 2022 году.

С 2012 года NASA участвует в разработке экзоскелета X1. На Земле он может применяться как вспомогательное устройство для ходьбы, в космосе — будет универсальным тренажёром, поддерживающим здоровье экипажа во время исследовательских миссий. Экзоскелет весит 26 килограммов (а в условиях невесомости — нисколько), крепится на ноги и фиксируется ремнями безопасности на спине и плечах. Если встроить Х1 в скафандр, он значительно облегчит астронавтам выход в открытый космос и спуск на поверхность далёких планет.

Но главная особенность Х1 заключается в широком диапазоне его настроек: если другие экзоскелеты создаются для облегчения человеческой жизни, то Х1 при необходимости может её усложнить, заставив оператора прилагать дополнительные усилия при совершении элементарных действий. В условиях пониженной гравитации Х1 может обеспечить мышечное сопротивление в бёдрах, коленях и лодыжках, имитируя необходимый комплекс общих упражнений. Кроме этого, экзоскелет X1 в режиме реального времени собирает данные о состоянии суставов и мышечной силе пользователя, помогая точнее подобрать необходимую астронавту терапию или корректируя его передвижение в малознакомой среде и оказывая помощь при переноске тяжёлых грузов. Разработка и усовершенствование Х1 активно продолжаются по сей день.

X1 выглядит по-космически стильно (Фото: Robert Markowitz / NASA)

Над созданием опытного образца, который достойно смотрелся бы даже в научной фантастике, учёные бьются больше полувека. Процесс идёт маленькими шагами, но с каждым новым прототипом человечество приближается к цели. Постепенно сдаёт позиции проблема громоздкости: благодаря современным материалам и технологиям, в частности 3D-печати и новым сплавам, детали экзоскелетов стало легче изготавливать, а весят они в итоге меньше. Сложнее всего с источниками энергии. Пока что от их размера напрямую зависит время автономной работы экзоскелета: чем больше батарея в заплечном ранце оператора, тем дольше он сможет двигаться в своём роботизированном костюме. Конструируя броню Железного человека, Тони Старк из вселенной Marvel прежде всего бился именно с проблемой бесперебойного питания — и нашёл решение, применив холодный ядерный синтез. В реальности современные учёные предпочитают литий-полимерные аккумуляторы — ничего лучше пока не изобрели.

Но при решении старых проблем возникают новые. Создание экзоскелета отягощено разнообразными трудностями — и главная из них заключается в синхронизации подсистем: не так-то просто настроить слаженную работу всех программ, обеспечивающих симбиоз механики с человеческим организмом. Предполагается, что, пройдя необходимое обучение и прочие этапы подготовки, оператор сможет управлять экзоскелетом бессознательно, на уровне рефлексов. Успешный прототип должен чутко реагировать на все импульсы, исполняя команды в точности и без задержек. Калибровка датчиков движения, работа с контроллерами, передача экзоскелету сигналов от нервных окончаний — это словно попытка объединить два мира в третий, не нарушив их целостности и научив гармонично сосуществовать. В фильме Нила Бломкампа «Элизиум: Рай не на Земле» (2013) проблему синхронизации решали путём прямого подключения экзоскелета к нервной системе человека — для этого нужна была многоступенчатая и болезненная хирургическая операция. Для реального мира такой вариант чересчур радикален — вместо этого повышают чувствительность кожных сенсоров.

Модель Phoenix от итальянской компании MES

Другая проблема разработки экзоскелетов — высокая себестоимость итогового продукта. На разработку одного прототипа уходит 5–7 лет, а потоковое производство редко достигает масштабов хотя бы тысячи экземпляров. Покупка экзоскелетов остаётся прерогативой крупных компаний, военных и медицинских учреждений — обычному потребителю такая роскошь не по карману. Как правило, операторы оказываются пользователями, но не владельцами своих роботизированных костюмов.

Наконец, ещё одна трудность складывается из предыдущих — и усугубляется традицией государственной тайны: из-за того, что прототипов мало и они редко доступны для изучения, разработчикам из разных уголков планеты приходится снова и снова решать одни и те же проблемы. Мало кому удаётся использовать чужие наработки и применять уже полученный научным сообществом опыт. Курируемые военными проекты в большинстве своём засекречены — возможно, даже о первом в мире экзоскелете мир узнал лишь благодаря его абсолютной практической бесполезности.

Но учёные и не думают сдаваться. Помимо применения в военных, космических и медицинских целях, экзоскелеты способны облегчить жизнь представителям самых разных профессий. Например, они пригодятся стоматологам, электрикам, кинооператорам и художникам — то есть всем, кому приходится ежедневно длительное время держать руки на весу. Не говоря уже о спасателях и врачах, от чьей силы и выносливости напрямую зависят человеческие жизни.

Медицинский eLEGS и военный HULC — экзоскелеты, представленные Эйтором Бендером на конференции TED

Среди компаний, внедряющих использование экзоскелетов на производстве, отметились Ford и Boeing. А в начале 2019 года к ним присоединилась и Toyota, заказав партию экзоскелетов у американской компании Levitate Technologies: эта модель проста в использовании и не ограничивает свободу движений. Систему тросов и пружин используют для облегчения нагрузки при работе с поднятыми над головой руками: активируясь, система работает как противовес, придавая движениям плавность. По словам производителей, у рабочих, опробовавших их модели, стали меньше болеть плечи и спина.

Созданием вспомогательных экзоскелетов занялись и в Южной Корее: прототипы предназначены для рабочих на верфи, которым ежедневно приходится поднимать тяжёлые грузы. Спроектированный Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering экзоскелет рассчитан на три часа автономной работы и может поднимать предметы весом до 30 килограммов, позволяя передвигаться в нормальном темпе. Если раньше экзоскелеты разрабатывали для военных и медиков, то подъём грузов — это уже вполне повседневная задача, а если технологию стараются приспособить к быту — тут уже недалеко и до её применения в индустрии развлечений.

Подобное расширение специализации, переход от острой необходимости к применению по желанию и постепенное внедрение экзоскелетов в различные отрасли дают надежду на то, что скоро они распространятся и в повседневной жизни. В усиливающем экзоскелете даже закручивать лампочки станет гораздо интереснее.

Экипировка для «солдата будущего»: от «Ратника» до «Сотника»


Казалось бы, совсем недавно в армию пришла новая система боевой экипировки «Ратник», а военные уже инициируют разработку комплектов следующего поколения. Безусловно, «Ратник», который поставляется в российскую армию с 2014 года, все это время совершенствовался и дополнялся. И идущий ему на смену комплект, уже получивший название «Сотник», не будет полностью новой разработкой. Он станет логичным продолжением, в котором будет применен ряд современных технологий, например возможно использование экзоскелета, а хорошо зарекомендовавшие себя на практике элементы останутся прежними. Ростех уже анонсировал начало опытно-конструкторских работ по созданию «Сотника» в 2020 году. Предполагается, что головным предприятием проекта станет Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения Госкорпорации Ростех.
 

Доспехи будущего


Персональная военная экипировка в реалиях современных вооруженных конфликтов продолжает играть важную роль. Времена гигантских армий ушли в прошлое, сегодня делается ставка на компактные, хорошо вооруженные и экипированные отборные подразделения, управляемые с помощью цифровых систем. В этом направлении двигаются все ведущие державы мира. Россия также не осталась в стороне: в 2000-е годы предприятия «оборонки» начали разрабатывать элементы экипировки для «солдата будущего».


Комплект боевой экипировки «Ратник» для разведчика и защитный комплект для экипажей бронированных машин 6Б48 «Ратник-ЗК»


Впервые новую экипировку под названием «Ратник» показали в 2011 году. По результатам войсковых испытаний «Ратник» получил высокие оценки военных и был рекомендован для серийного производства. Новые комплекты стали поступать в действующие войсковые соединения в 2014 году. На данный момент поставлено около 200 тысяч комплектов. Создание и ввод в эксплуатацию экипировки «Ратник» стали частью масштабного обновления российской армии.


Если на начальном этапе «Ратник» воспринимался как новая униформа из современных материалов, то позже концепция поменялась, и сегодня в состав комплекта входит несколько десятков элементов. Важно понимать, что «Ратник» − это модульный комплекс, и различные его части могут комбинироваться между собой в зависимости от рода войск, задач подразделения, сезона или места применения. Модульный характер «Ратника» позволяет без потери работоспособности целого заменять его части. С момента появления комплект не перестает видоизменяться и совершенствоваться. Какие-то элементы устаревают и обновляются (например, средства связи), какие-то уходят, появляются новые. Сейчас в армию поставляется комплект второго поколения, и готовятся к запуску работы по созданию третьего «Ратника».


Детали «Ратника»


Экипировка «солдата будущего» объединила в себе самые передовые решения и технологии, которые сегодня применяются в военном обмундировании. Задачи «Ратника» − обеспечить бойцу высокую эффективность и максимальную безопасность в любых условиях, а также беспрерывную коммуникацию с командованием. Решаются эти задачи с помощью пяти взаимосвязанных подсистем: поражения, защиты, управления, жизнеобеспечения и энергообеспечения. Сюда входит все необходимое для ведения современного боя: от обуви, одежды и оружия до высокотехнологичных средств защиты, прицеливания, наблюдения, целеуказания и связи.


Нашлемный монитор


Шлем «Ратника» выполнен из композитных материалов и защищает от попадания пули из пистолета Макарова с расстояния 5 метров, а также от осколков мин и гранат. Международным сообществом он признан самым легким в своем классе. Бронежилет второго поколения выдерживает 10 попаданий бронебойно-зажигательной снайперской пули и пуль автомата Калашникова АК74 с 10 метров. В основе жилета – керамико-композитные бронепанели, обладающие высокой прочностью при небольшой массе. В базовой версии «броник» весит всего около 7,8 кг. Штурмовая комплектация дополняется защитой паховых и боковых зон и весит примерно 15 кг. Стоит отметить, что бронежилет одновременно является спасательным, обеспечивая солдату плавучесть. Важной особенностью является то, что жилет сделан быстросъемным, что критично для оперативной помощи при ранении.


Также в комплект защиты входят одежда из баллистической армидной ткани, очки, наколенники и налокотники. Для распределения веса оборудования и его удобного хранения применяется транспортный модульный жилет с регулируемым количеством карманов и креплений.

 

Электроника для «умной» армии


Главное, что приближает «Ратник» к солдатам из фантастических фильмов − это, конечно, электронная начинка. Здесь всем заправляет «Стрелец», комплекс разведки, управления и связи (КРУС), по сути – персональный компьютер, адаптированный для удобства использования в разведке и бою. Составные части комплекса общей массой 2,4 кг распределены по транспортному жилету, устройство управления в руках бойца – планшет. Более сложный и функциональный планшет используется на командном пункте. Обмен информацией происходит беспрерывно по защищенному каналу. Солдат может передавать текстовые данные, координаты, фотографии, видео. Командир на своем планшете видит местоположение всех бойцов, может координировать их действия, прокладывать маршруты, получать данные о положении противника и многое другое. Управление боем при этому напоминает компьютерную игру, а информация и скорость ее передачи становятся важнейшими составляющими боя.


Командирский персональный планшетный компьютер системы «Стрелец»


На шлеме «Ратника» есть универсальное крепление, на которое может навешиваться различное оборудование, и оно также интегрируется с КРУС и участвует в обмене важной информацией. Видеомодуль разработки ЦНИИ «Циклон» Госкорпорации Ростех, состоящий из прицела и нашлемного монитора, позволяет вести стрельбу из укрытия. Также могут использоваться разнообразные прицельные комплексы и тепловизоры. Система ночного видения помогает вести огонь в условиях недостаточной видимости.


В системы жизне- и энергообеспечения «Ратника» входят рюкзаки разного типа, сезонные маскировочные комплекты, часы, фонарь, нож-мультитул, саперная лопатка, водяной фильтр, средства химической защиты и контроля, средства первой медицинской помощи, автономный источник тепла, аккумулятор, приборы для еды, палатка и спальный мешок. Всего в «Ратнике» более 50 элементов. Средний срок службы комплекта – 5 лет. 


Солдат третьего поколения


На выставке «Армия-2018» был показан возможный облик «Ратника» третьего поколения, который напомнил многим штурмовиков из саги «Звездные войны» или робота-полицейского из одноименного фильма. В новый комплект, который уже получил название «Сотник», возможно, войдут «противоминные» ботинки, «противотепловой» костюм, скрывающий солдата от инфракрасных датчиков, и противорадиолокационный костюм.



В автоматизированные системы управления тактического звена планируется внедрить микро-беспилотные летательные аппараты. Изображение с камеры дрона будет проецироваться на забрало шлема или защитные очки. На электронные очки также можно будет проецировать команды управления, карты местности и другие данные.


В «Сотнике» планируется использовать электроуправляемый материал «хамелеон» – разработка холдинга «Росэлектроника». Электрохром способен менять цвет в зависимости от маскируемой поверхности и окружающей ее среды. Впервые шлем с этим уникальным покрытием демонстрировался на форуме «Армия-2018».



Еще одной новинкой «Сотника» может стать модуль оценки физического состояния бойца. С помощью датчиков он в режиме реального времени регистрирует и собирает воедино данные о пульсе, дыхании, ритме сердца, давлении бойца. В случае потери боеспособности данные о состоянии военного и характере травмы или ранения передаются командиру и санитарной бригаде. Таким образом, повышается шанс быстрого оказания первой помощи и спасения бойца, а командование может оперативно восполнять потери личного состава.


Самой ожидаемой частью костюма «солдата будущего» может стать пассивный экзоскелет. Он уже опробован в реальных боевых условиях и подтвердил свою эффективность. Экзоскелет увеличивает физические возможности бойца, обеспечивает защиту суставов, позвоночника и может подгоняться по росту и комплектности под конкретного военнослужащего. Разработку в составе Ростеха ведет ЦНИИточмаш совместно с компанией «ГБ Инжиниринг».



Изготовленный из легкого углепластика экзоскелет разгружает опорно-двигательный аппарат при переноске грузов весом до 50 кг (рейдовые рюкзаки, специальное снаряжение, вооружение и боеприпасы) во время длительных маршей или при проведении штурмовых операций. Изделие представляет собой рычажно-шарнирное механическое устройство, повторяющее суставы человека.


Пассивный экзоскелет, в отличие от активных, не имеет источников питания, сервоприводов, электроники, разного рода датчиков, что делает его более надежным, легким (от 4 до 8 кг в зависимости от комплектации), абсолютно автономным и простым в обслуживании. Такой экзоскелет может использоваться не только во время боя, но и в тылу − для обслуживания и ремонта техники, строительства и других задач.


Благодаря применению инновационных материалов и совмещению функций отдельных элементов вес комплекта будет снижен на 20% и составит около 20 килограммов. Поставки нового комплекса «Сотник» в армию должны начаться в 2025 году.

Российский военный экзоскелет поступит в войска в этом году

Сергей Шумилин

22 января 2019, 10:13

В 2019 году на снабжение инженерных войск Вооруженных Сил Российской Федерации начнут поступать экзоскелеты, способные повысить полезную нагрузку солдат. Об этом сообщил заместитель начальника инженерных войск ВС РФ полковник Р. Алахвердиев.

 

По его словам на снабжение войск поступает принципиально новое снаряжение, в частности, экзоскелет, который позволит солдату без сверхусилий переносить 50 кг.

 

Российский пассивный (то есть не имеющий силовых приводов и источников питания) экзоскелет разрабатывается  АО «ГБ Инжиниринг» в партнерстве с АО «ЦНИИТОЧМАШ». Сообщается, что «данная конструкция из углепластика позволяет военным переносить на себе грузы весом в десятки килограммов практически без усилий». В первую очередь экзоскелет предназначен для минеров и штурмовиков, которым приходится нести на себе тяжелую экипировку и большое количество боеприпасов. Для того чтобы успешно выполнять боевые задачи, им и необходимо такое специальное снаряжение. 

 

По имеющейся информации в 2017-2018 годах данные экзоскелеты уже проходили испытания в специальных подразделениях Министерства обороны и МВД Российской Федерации.

Российский «Ратник 3»

С другой стороны, в своем интервью на форуме «Армия-2018» генеральный конструктор боевой экипировки Сергей Титов АО «ЦНИИТОЧМАШ» подчеркивал, что работы по созданию российских экзоскелетных систем находятся на начальной стадии разработки. А прорыв станет возможен только с появлением приемлемых источников питания и новых материалов. 

 

Напомним, что как мы уже сообщали, с декабря 2018 года солдаты разведывательного подразделения 10-й горной дивизии США приступили к тестированию «активного» экзоскелета ONYX, в котором используются электромеханические коленные приводы, набор датчиков и компьютер с искусственным интеллектом для повышения силы и выносливости человека.

Экзоскелет разработки  АО «ГБ Инжиниринг» и АО «ЦНИИТОЧМАШ»

Напоминаем Вам, что в нашем журнале «Наука и техника» Вы найдете много интересных оригинальных статей о развитии авиации, кораблестроения, бронетехники, средств связи, космонавтики, точных, естественных и социальных наук. На сайте Вы можете приобрести электронную версию журнала за символические 60 р/15 грн.

 

В нашем интернет-магазине Вы найдете также книги, постеры, магниты, календари с авиацией, кораблями, танками.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

как создатели экзоскелетов создавали рынок под свой товар

 

В 2016 году компания «ЭкзоАтлет» выпустила первый в России и один из первых в мире медицинский экзоскелет. Тогда казалось, что самое сложное позади. Всего за три года инженеры компании создали инновационную технологию, которая поможет сотням тысяч людей. Дело за малым — продать разработку рынку. Но выяснилось, что рынка экзоскелетов нет. Чтобы инновация дошла до конечного потребителя и стала коммерчески успешной, нужно развивать рынок самим.

 

Каково это — на финише осознать, что ты в самом начале пути, и чего стоит создание рынка с нуля, рассказывает сооснователь и генеральный директор «ЭкзоАтлета» Михаил Крундышев.

 

Новейшее средство реабилитации

  

Экзоскелет — это внешний каркас для конечностей и корпуса тела человека. Он увеличивает силу мышц, восполняет утраченные возможности и расширяет функционал. Экзоскелеты бывают военные, промышленные, для исследовательских работ. В компании «ЭкзоАтлет» производят медицинские экзоскелеты.

 

«Разработать медицинский экзоскелет примерно так же сложно, как автомобиль, — говорит СЕО и сооснователь компании «ЭкзоАтлет» Михаил Крундышев. — Поэтому в мире не более 10 компаний делают подобные устройства. В России мы единственные».

 

Устройства от «ЭкзоАтлета» предназначены для реабилитации людей с двигательными (локомоторными) нарушениями нижних конечностей. Их причиной могут быть травмы, заболевания опорно-двигательного аппарата или нервной системы.

 

В экзоскелете человек с локомоторными нарушениями может подняться и некоторое, обычно непродолжительное, время передвигаться. Тренировка длится недолго, потому что предполагает серьёзную нагрузку — примерно как занятия в спортзале для здорового человека. Зато в результате улучшается вентиляция лёгких, нормализуется давление, восстанавливается питание мышц, костей и внутренних органов. В некоторых случаях занятия приводят к частичному или даже полному восстановлению способности ходить.

 

Пока технология немассовая, хотя потенциальных потребителей много. По оценкам компании, в России пользователями экзоскелета могут стать около миллиона человек. С поправкой на доступность технологии, это сотни тысяч пациентов. Для заметного эффекта достаточно трёх занятий в неделю. Минимальный курс — 10 тренировок, средний — 30 в год.

 

«Людей с нарушением двигательной активности около 1% от населения любой страны. Все они либо совсем не могут ходить, либо прикованы к инвалидным креслам. Они нуждаются в двигательной реабилитации, и экзоскелет является одним из лучших инструментов для этого», — утверждает Михаил Крундышев.

 

«ЭкзоАтлет» прошёл клинические испытания в более чем 20 медицинских учреждениях России и Южной Кореи. С 2015 года в них участвовало около 600 пациентов. Всего экозореабилитацию прошли более 6 тыс. пациентов. Экзоскелеты установлены в 80 медицинских центрах.

 

Коллапс целеполагания

 Экзоскелеты собирают в разных комплектациях 

Разработка экзоскелета началась в 2013 году, а в 2016-ом продукт был готов, и компания вышла с ним на рынок.

 

Рассчитывали, что люди с нарушением двигательной активности будут покупать экзоскелеты домой. Гипотеза была ошибочной: пациенты ждали устройство, которое станет заменой инвалидному креслу и позволит свободно передвигаться. Но таких технологий пока в принципе не существует, а экзоскелет предназначен только для реабилитации. На текущий момент есть конкуренты, позиционирующие свой экзоскелет как замену инвалидного кресла, но это скорее некорректная маркетинговая стратегия.

 

«В этот момент мы впервые столкнулись с коллапсом целеполагания, — рассказывает Михаил Крундышев, — наши планы продаж и бизнес-модель были построены на предположении, что основными покупателями станут физлица, а оказалось, что они покупать экзоскелет не готовы».

 

При этом пациенты были готовы использовать экзоскелет в реабилитационных центрах. В компании осознали: надо переориентироваться на продажу устройств в медучреждения, менять фокус с b2с на b2b. Это означало полную смену стратегии, ведь продавать медицинским организациям, да ещё и государственным, совсем не то же самое, что физлицам.

 

Предстояло много работы: надо было узаконить технологию и преодолеть регуляторные ограничения, рассказать о новом устройстве главврачам клиник, заинтересовать и обучить реабилитологов, фактически создать новый рынок для экзоскелетов как технологии.

 

Регуляторные ограничения

 

Большинство российских центров реабилитации принадлежат государству. Закупку оборудования для них определяют специальные документы. Если оборудования нет в списке рекомендованного, главврач центра вряд ли станет его закупать. Он может это сделать, но на свой страх и риск. В услуги, доступные по ОМС, закупленное вне списка оборудование входить не будет. Всё это ограничивает рынок для экзоскелетов.

 

Медицинский сертификат и регистрационное удостоверение для экзоскелета оформили ещё в 2016 году. Но этого недостаточно. Нужен медицинский стандарт, где экзоскелет будет прописан как реабилитационное оборудование для определённых пациентов. Нужны стандарты применения и тарифы, где будут рекомендации к использованию и стоимость курса в экзоскелете. На основании этих документов главврач сможет купить оборудование в свою клинику.

  

«Это всё на стороне государства, — говорит Михаил Крундышев, — мы можем влиять на ситуацию только в рамках рабочих групп. Доходили даже до совещаний на самом высоком уровне. Оттуда спускались распоряжения в Минздрав и Соцзащиту. В целом процессы идут. Что-то получается, где-то ещё нужно время».

 

Помогает профессиональное сообщество. «ЭкзоАтлет» сотрудничает с Союзом реабилитологов России. Руководитель Союза Галина Иванова по совместительству — главный специалист по медицинской реабилитации Минздрава. Она поддерживает инновации и помогает «ЭкзоАтлету» сделать новую технологию массовой.

 

Результаты есть: в 2020 году экзоскелет появился в порядке оснащения реабилитационных центров. По словам Михаила Крундышева, это громадный шаг вперёд. Скоро появятся стандарты и тарифы.

 

 

Поддержка врачей-новаторов и выездные тест-драйвы

  

На изменение государственных стандартов «ЭкзоАтлет» может влиять лишь частично. Зато в силах компании познакомить с технологией врачей-реабилитологов.

 

«В условиях регуляторных ограничений наша единственная надежда — это работа с врачами-новаторами. Они первыми испытывают экзоскелеты, проводят клинические исследования и вырабатывают методики. Мы их поддерживаем во всём», — говорит Михаил Крундышев.

 

Обучающие мероприятия организуют вместе с Союзом реабилитологов. По словам Михаила Крундышева, Союз включает большую часть увлечённых и деятельных реабилитологов России — как раз тех, кто интересует компанию.

 

Образцы оборудования регулярно показывают на выставках, но гораздо лучше работают выездные интенсивы и тест-драйвы. Инструкторы доставляют экзоскелет в конкретную клинику и на деле показывают его возможности. Тест длится от трёх до пяти дней, некоторые клиники просят оставить оборудование на месяц. Сейчас это самый эффективный канал продаж экзоскелетов.

 

Компания сотрудничает с больницами по всей России, поэтому всегда в разъездах. Стучатся не в каждую клинику, а только в профильные реабилитационные центры — в среднем таких пять на один регион. В 2019 году провели более 100 тест-драйвов. В 2020-м из-за пандемии ездить стали меньше, обучение перешло в онлайн.

 

Экосистема для непрерывной реабилитации

  

Обеспечить экзоскелетами реабилитационные центры — только часть плана. Чтобы сделать технологию по-настоящему массовой, этого недостаточно: как правило, клиники удалены от пациентов, а обращение туда связано с дополнительными затратами.

 

«Мы хотим создать новую экосистему. Хотим, чтобы экзоскелеты находились не только в традиционных клиниках, а ещё и в новых центрах коллективного пользования, похожих на фитнес-клубы. Мы называем их “ЭкзоДжимы”. Люди смогут приходить туда на курс реабилитации и одновременно социализации. Это будет место притяжения, тусовки», — делится планами Михаил Крундышев.

 

Сейчас таких центров не хватает. Пациенты проходят курс восстановления в больнице, возвращаются домой, но без реабилитации их состояние быстро ухудшается. В «ЭкзоДжимах» люди смогут поддерживать форму. Залы будут небольшими и для коллективного пользования — технология станет во всех смыслах доступной и, как следствие, массовой.

 

В компании рассчитывают, что в «ЭкзоДжимы» будут приходить не только за реабилитацией, но и за возможностью пообщаться с друзьями и приятно провести время, как в обычные спортзалы.

 

Первый «ЭкзоДжим» должен был появиться в России весной 2020 года, но пандемия и регуляторные ограничения не дали планам реализоваться. Пилот запустили в Китае.

 

Выход на новые рынки

  

У компании «ЭкзоАтлет» есть представительства в Люксембурге, США, Китае, Японии и Южной Корее. Оборудование установлено ещё и в Белоруссии, Вьетнаме, Турции, Казахстане и Португалии.

 

Как и в России, за рубежом рынок для экзоскелетов только зарождается. Его развивают местные компании, и с этой точки зрения «ЭкзоАтлету» легче. Но приходится сталкиваться с другими сложностями. За рубежом не доверяют товарам из России, а ещё каждое государство защищает своего производителя и выставляет множество административных препон.

 

Один из способов преодолеть ограничения — открыть локальную производственную площадку. По такому пути компания пошла в Корее. С 2016 года там собирают экзоскелеты: компоненты управления присылают из России, а на месте производят основную конструкцию.

 

Эта схема нравится всем. «ЭкзоАтлет» получает доступ на новый рынок и при этом защищает технологию от реверс-инжиниринга. Корейцы получают изделие Made in Korea. Российские чиновники рады экспорту результатов инновационной деятельности.

 

Прогноз для индустрии

 

Несмотря на все сложности, которые компания «ЭкзоАтлет» пережила с момента основания, Михаил Крундышев смотрит в будущее с оптимизмом. По его мнению, в ближайшие год-два случится перелом и технология станет более распространённой — как в России, так и за рубежом.

Твердосмазочные покрытия MODENGY™ на производстве экзоскелетов

Покрытия MODENGY решают одну из актуальных проблем разработчиков экзоскелетов, связанную с обслуживанием конструкций. Покрытия наносятся однократно и не требуют дальнейшего возобновления, чем значительно упрощают сервис и повышают комфорт носителей устройств.


Еще совсем недавно достижения современной робототехники казались чем-то фантастическим. Сегодня «железный человек» перестал быть героем комиксов и боевиков. Концепция увеличения человеческих возможностей воплотилась в реальность вместе с разработкой экзоскелетов – роботизированных устройств, предназначенных для компенсации утраченных функций, увеличения силы человека и повышения производительности труда.


В 60-е годы американская компания General Electric совместно с ВС США изобрела первый экзоскелет – Hardiman. Конструкция представляла собой станок с большим манипулятором, управлять которым нужно было с помощью человеческой руки.


Грузоподъемность Hardiman составляла 110 кг, однако вес самого станка был слишком большим (680 кг), поэтому его движение сложно поддавалось контролю. Первый экзоскелет не снискал успеха, и изыскания в этой сфере продолжились.


Наиболее перспективные проекты появились в 80-е годы 20 века. В 90-х производство экзоскелетов велось уже в разных странах. Самой удачной разработкой стал экзоскелет ReWalk от компании ReWalk Robotics. Конструкция полностью повторяла биомеханику человека и позволяла парализованным людям ходить.



Типы современных экзосклетов


Основная масса экзоскелетов производится сегодня для армии, промышленности и медицины.


Одни делают людей быстрее, сильнее и восприимчивее, другие позволяют снизить нагрузку и увеличить трудоспособность человека, третьи предназначены для реабилитации инвалидов.


В зависимости от источника энергии и типа привода экзоскелеты подразделяются на активные и пассивные. По точке локализации существуют скелеты верхних и нижних конечностей, а также цельные костюмы.


Конструкции весом до 5 кг относятся к категории легких, от 5 до 30 кг – средних, более 30 кг – тяжелых.


По назначению экзоскелеты делятся на военные, промышленные, космические, медицинские.


Военные модели появились одними из первых, и на сегодняшний день распространены наравне с медицинскими. Экзоскелеты для солдат компенсируют их высокие физические нагрузки, тем самым повышая мобильность и выносливость пеших подразделений.


Военные экзоскелеты являются частью экипировки и, помимо основного предназначения, выполняют множество других функций: электрогенератора, хранилища аккумуляторов, каркаса для бронезащиты, держателя для средств телекоммуникации, сенсоров и датчиков, систем приема радиосигналов и пр.


Существуют модификации экзоскелетов для использования в ходе спасательных операций. Такие конструкции не только упрощают процесс разбора завалов, но и защищают спасателей от травм.


Промышленные экзоскелеты применяются для выполнения сложнейших операций, связанных, в основном, с подъемом тяжестей или длительным нахождением человека в неудобном положении. Так, например, аппарат H-Lex от Hyundai позволяет с легкостью поднимать до 60 кг, а гибкая конструкция Chairless Chair снимает напряжение в мышцах при долгом стоянии. Многие экзоскелеты автоматически распознают момент начала работы и включаются только тогда, когда это необходимо.


Экзоскелеты медицинского профиля предназначены для людей, которые не имеют возможности ходить – с рождения, из-за тяжелой травмы, болезни или в силу возраста.


Одни из наиболее популярных медицинских экзоскелетов – Hybrid Assistive Limb (HAL) – работают от импульсов мускул. Они могут использоваться не только для реабилитации инвалидов и пожилых людей, но и в ходе строительных работ, а также спасательных операций. Людям с ограниченными возможностями они позволяют ходить и двигать руками, строителям и спасателям – поднимать грузы, вес которых в 5 раз превышает возможности человека.


В России существует несколько проектов по разработке медицинских экзоскелетов, в том числе ExoAtlet. Изделия, которые разрабатывает команда ученых этого проекта, предназначены для реабилитации и социальной адаптации людей с нарушением моторных функций нижних конечностей после травм и болезней.


В настоящее время создано несколько действующих моделей экзоскелетов ExoAtlet. Последняя модификация ExoAtlet Albert, управляемая с помощью костылей, позволяет инвалидам самостоятельно ходить, садиться и вставать.



Проблемы разработчиков экзоскелетов и решения MODENGY


Основной преградой для серийного производства экзоскелетов является даже не техническая сложность конструкций и их высокая стоимость, а отсутствие таких источников энергии, которые могли бы позволить машинам длительное время работать автономно.


Рабочие прототипы экзоскелетов появились уже давно – например, XOS от компании Sarcos. Специалисты отмечают, что модель спроектирована очень удачно, однако из-за отсутствия аккумуляторов достаточной емкости она не может найти широкого применения – даже демонстрацию экзоскелета пришлось проводить в режиме питания от сети.


Не менее значимым фактором, ограничивающим использование экзоскелетов, является сложность их обслуживания. Отличное техническое состояние устройств должно обеспечиваться без нарушения гигиенических требований – особенно это касается конструкций медицинского предназначения.


Нормальное функционирование экзоскелетов, как и любых других технически сложных конструкций, зависит не только от качества и технологии сборки, но и применяемых сервисных материалов. Особое внимание уделяется высоконагруженным узлам и парам трения, которые подвержены усиленному износу.


В конструкции экзоскелета таковыми являются регулирующие элементы – прямоугольные металлические пластины, стянутые в определенных местах шпильками и перемещающиеся в специальных пазах корпуса. Тесный контакт пластин и корпуса нередко приводит к возникновению скрипов, сопряженные детали быстро изнашиваются и выходят из строя.


Для решения проблемы износа на регулировочные пластины стали наносить специальные твердосмазочные покрытия. В отличие от пластичных смазок, традиционно применяемых для подвижных механизмов, они не выдавливаются из зоны трения под нагрузкой и выдерживают многократные регулировки.


В России при сборке экзоскелетов применяются антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY 1014 и MODENGY 1066. Оба покрытия содержат дисульфид молибдена – отличающийся высокой несущей способностью и низким коэффициентом трения.


MODENGY 1014, помимо МоS2, включает политетрафторэтилен (ПТФЭ), а MODENGY 1066 – поляризованный графит. Твердые компоненты обеспечивают износостойкость и длительный срок службы покрытий.


Материалы отверждаются за 40 минут при нагреве. После полной полимеризации они образуют на на поверхностях регулировочных пластин прочный и гладкий защитный слой. В отличие от обычных смазок, покрытия не пачкаются и не оказывают вредного воздействия на здоровье человека.



Благодаря использованию покрытий MODENGY при контакте регулирующих элементов с алюминиевым корпусом не возникает скрипа, коэффициент трения максимально снижается, детали приобретают надежную антикоррозионную защиту.


Таким образом, покрытия MODENGY решают одну из актуальных проблем разработчиков экзоскелетов, связанную с обслуживанием устройств. Благодаря тому, что они наносятся однократно и не требуют дальнейшего возобновления, значительно упрощается сервис, а уровень комфорта пользователя экзоскелета повышается.

Почему военные экзоскелеты останутся научной фантастикой

От Роберта Хайнлайна Starship Troopers до Marvel Iron Man , научная фантастика полна футуристических боевых костюмов, которые наделяют солдат сверхчеловеческими способностями. Самая большая проблема при воплощении этих боевых костюмов в реальность — это роботизированный экзоскелет, на котором построен костюм. Действительно, военно-промышленный комплекс имеет огромное кладбище проектов экзоскелетов.

Последний проект боевого костюма, Tactical Assault Light Operator Suit (TALOS), предназначенный для создания экзоскелета, который может увеличить количество брони, которую несет оператор спецназа.Хотя проект TALOS привел к многочисленным побочным технологиям, в конечном итоге он не смог создать костюм, сославшись на стандартный набор технических проблем, связанных с усилиями по разработке экзоскелета.

ХАНЧЖОУ, КИТАЙ — 27 мая: женщина носит экзоскелет с приводом от Scream Tech, который может помочь … [+] курьеры несут тяжелые предметы перед предстоящим 27 мая в Международном выставочном центре Ханчжоу Global Smart Logistics Summit (GSLS) 2019 , 2019 в Ханчжоу, провинция Чжэцзян, Китай.GSLS 2019 года, посвященный теме « Развитие цифровизации », открывается во вторник в Ханчжоу. (Фото Visual China Group через Getty Images / Visual China Group через Getty Images)

Visual China Group через Getty Images

Первая техническая проблема связана с восприятием — как костюм узнает, когда и как двигаться. Без быстрого распознавания задержка между желанием оператора двигаться и фактическим движением приводит к тому, что оператор чувствует, как будто он движется через лужу желе.

Вторая проблема связана с приведением в действие. Хотя задействовать колено несложно, для более сложных суставов, таких как бедра и лодыжки, требуются очень продвинутые многомерные приводы. Даже самые продвинутые приводы по-прежнему будут ограничивать полный диапазон движения этих суставов, что приведет к снижению маневренности.

Последний технический вызов — мощность. Экзоскелет требует мощности наравне с небольшим мотоциклом. Хотя доступен ряд альтернативных источников питания, двигатели будут слишком шумными, топливные элементы будут слишком горячими, а батареи будут слишком тяжелыми.Кроме того, большинство источников энергии легко воспламеняются или взрывоопасны, что создает проблемы с безопасностью.

С каждой попыткой экзоскелета военно-промышленный комплекс приближался к решению этих технических проблем, особенно по мере того, как коммерческий сектор делает новые разработки в связанных областях. В частности, сообщество протезистов добилось огромных успехов в области биомеханического зондирования. Кроме того, многие игроки сектора потребительских товаров работают над созданием более умных и совершенных двигателей.Кроме того, большая часть мировых исследований и разработок сосредоточена на энергии, поэтому вскоре будут доступны более легкие и безопасные варианты питания.

Однако, по сути, эти технические проблемы не будут препятствием для использования экзоскелетов в бою. В то время как научная фантастика рисует оптимистичный взгляд на экзоскелеты, история рисует менее радужную картину. Возьмем, к примеру, битву при Азенкуре, где большой отряд французских рыцарей в доспехах проиграл небольшой группе британских лучников.

История показывает, что есть два критических фактора, которые должны учитывать все новые технологии — логистика и реакция противника. К сожалению, у экзоскелетов есть недостатки в обеих областях.

Чтобы костюм был эффективным, его должно носить большое количество солдат, поэтому защитному сообществу нужно будет закупить большое количество этих костюмов. Однако, хотя большинство предметов униформы имеют стандартные размеры, каждый экзоскелет должен соответствовать своему пользователю. Кроме того, экзоскелет должен адаптироваться к изменениям тела пользователя.Любое несовпадение приводов и шарниров может сделать костюм бесполезным и потенциально опасным. Ресурсы, связанные с изготовлением и поддержанием большого количества нестандартных костюмов, были бы астрономическими, а также создали бы логистический кошмар.

МОСКОВСКАЯ ОБЛАСТЬ, РОССИЯ 24 августа 2018 г .: Экзоскелет, разработанный Ростехом, на выставке Army 2018 … [+] Международный военно-технический форум. Марина Лысцева / ТАСС (Фото Марины Лысцевой \ ТАСС через Getty Images)

Марина Лысцева / ТАСС

Во-вторых, враги будут адаптироваться к любой новой технологии, внедренной на поле битвы.Сложность боевого костюма подвержена множеству уязвимостей, самой большой из которых является человек в костюме. В комиксах Ironman можно бросить и выжить; однако основы физики диктуют, что внезапное ускорение и замедление должно раздавить его внутренние органы, убив его. Хотя костюм может быть сконструирован таким образом, чтобы выдерживать значительные взрывы и бросать на огромные расстояния, пользователь внутри него, скорее всего, все равно будет убит. Логический подход к решению этих проблем — вынуть человека из костюма, что, в свою очередь, устраняет необходимость в экзоскелете.

Некоторые технологии изменили облик войны и дали их пользователям беспрецедентное преимущество. Эти технологии варьируются от бронзовых мечей до пулеметов и подводных лодок, многие из которых уходят корнями в научную фантастику. Однако, несмотря на эти успехи, некоторые технологии лучше оставить в сфере фантастики. Одна из таких футуристических концепций — экзоскелеты. Снова и снова защитному сообществу не удавалось создать функциональные экзоскелеты из-за технических проблем. Хотя эти проблемы, вероятно, будут решены коммерческим сектором, использование экзоскелетов имеет фундаментальные проблемы, которые, вероятно, помешают их использованию в бою.

какие компании разрабатывают военные костюмы?

От физиотерапевтов до служб экстренной помощи, а теперь и в армии, экзоскелеты могут улучшить текущие физические возможности воина, позволяя им бегать быстрее, поднимать более тяжелые предметы и снимать нагрузку с тела во время физических операций.

Центр исследований, разработок и инженерии солдат армии США (NSRDEC / Soldier Center) нацелился на некоторые высокотехнологичные разработки, чтобы увидеть, как экзоскелеты могут быть использованы в военных целях.С этой целью Центр солдат инициировал 48-месячное соглашение о других транзакциях (OTA) на общую сумму 6,9 млн долларов, чтобы разработать достаточно систем экзоскелетов для проведения всесторонней оперативной оценки.

«По мере того, как мы изучаем более совершенные варианты экзоскелетов, доступные нам и привлекаем пользователей, тем больше мы узнаем о возможной ценности этих систем для армейских операций», — сказал Дэвид Одет, начальник отдела оборудования и систем миссий в управление оптимизации боевых навыков солдат в Солдатском центре.

«Прежде чем армия сможет рассмотреть вопрос об инвестировании в какие-либо разработки, выходящие за рамки того, что промышленность сделала самостоятельно, мы должны убедиться, что пользователи согласны с концепциями человеческого дополнения и что в системы стоит инвестировать»

Оникс Локхид Мартин

Самая крупная оборонная фирма в списке награжденных — Lockheed Martin.Экзоскелетный костюм Lockheed Martin Missiles and Fire Controls для нижней части тела — Onyx — получил награду Popular Science в 2018 году.

Из бюджета Soldier Center в размере 6,9 млн долларов около 680 000 долларов было выделено на OTA Lockheed Martin для Onyx, который хорошо показал себя при начальных испытаниях, но еще не прошел более строгие эксплуатационные испытания.

Lockheed Martin Missiles и менеджер программы технологий экзоскелетов управления огнем Кейт Максвелл сказал: «Инновационные человеческие / машинные технологии, такие как ONYX, могут улучшить работоспособность человека, уменьшить травмы и снизить утомляемость, помогая солдатам выполнять сложные задачи.”

Система Onyx сочетает в себе механические коленные приводы с несколькими датчиками и программным обеспечением искусственного интеллекта для повышения силы и выносливости. В настоящее время рекомендованный вес рюкзака американского солдата составляет 50 фунтов, тогда как на практике комплекты могут весить до 140 фунтов, включая бронежилеты, очки ночного видения и радиосистемы. Поэтому любое облегчение, которое может обеспечить экзоскелет, будет очень привлекательно для современных воинов.

Тематические отчеты
Беспокоитесь ли вы о темпах инноваций в вашей отрасли?

В отчете

GlobalData по темам TMT за 2021 год рассказывается все, что вам нужно знать о темах подрывных технологий и о том, какие компании лучше всего могут помочь вам в цифровой трансформации вашего бизнеса.

Узнать больше

Экзоботы Дефи

Еще один призер программы по созданию экзоскелетов армии США — американский технологический стартап Dephy, основанный в 2016 году, который разработал свой продукт Exo-boot. Он был разработан не как концепция всего тела, а для обеспечения локальной поддержки стопы и лодыжки.

Соучредители Дефи исследовали первоначальные конструкции экзоскелета голеностопного сустава в Массачусетском технологическом институте в сотрудничестве с армией США. Хотя конструкция Дефи находится на рассмотрении для оценки во второй половине 2019 года, некоторые военнослужащие армии США протестировали экзоскелет в Солдатском центре.

Exo-boot использует гибкую масштабируемую архитектуру электроники или технологию FlexSEA, цель которой — ускорить и упростить электронику, лежащую в основе конструкции носимой робототехники.Система FlexSEA помогает контролировать движение; включает инструменты для сбора данных и обеспечивает сетевую инфраструктуру для многоосных и многосуставных экзоскелетов.

В идеале, армия ищет экзоскелеты с полным корпусом. Тем не менее, Soldier Center рассматривает возможность использования Exo-boot, потому что это зрелая часть оборудования, которая в случае успеха может быть интегрирована в армейские операции быстрее, чем полный костюм на его концептуальной стадии.

«В идеальных условиях мы бы предпочли полную разработку», — сказал Одет.«Однако, учитывая стремление к быстрому переходу и инновациям, мы можем сэкономить армии много времени и денег, выявляя и проверяя зрелые технологии в соответствии с видением Командования армейского будущего».

Другие конструкции экзоскелетов

Следующие экзоскелеты еще не были выбраны для экзоскелетов армии США OTA, но являются одними из последних предложений оборонной промышленности.

XOS2 от Raytheon / Sarcos

В XOS2 используется гидравлика высокого давления, что позволяет пользователю поднимать грузы в соотношении 17: 1.Владельцам дается сила поднимать 200-фунтовые предметы в течение длительных периодов времени и пробивать три дюйма дерева. Кроме того, конструкция намного более гибкая, чем у предыдущего поколения, предоставляя пользователю такие возможности, как ходьба, бег, подъем по лестнице и удары по футбольному мячу.

HULC от EKSO / Lockheed Martin

Другой дизайн от Lockheed Martin, Human Universal Load Carrier (HULC), также позволяет переносить вес до 200 фунтов без нагрузки на пользователя. Солдаты могут двигаться с максимальной скоростью 11 км / ч в течение длительного времени и со скоростью до 16 км / ч.Солдаты могут снять и упаковать костюм менее чем за 30 секунд. Он также имеет такие приспособления, как броня, системы отопления и охлаждения и датчики.

Костюм TALOS от USSOCOM

Командование специальных операций США представило концепцию костюма TALOS в 2013 году, но последние полевые испытания были отложены в прошлом году, и теперь в отчетах говорится, что программа была прекращена из-за отсутствия финансирования и проблем с питанием костюма 600–700 фунтов. Компания SOCOM разработала костюм для увеличения прочности и мобильности при перевозке тяжелых грузов в динамичных условиях.Дизайн TALOS обещал повысить живучесть за счет антибаллистической брони всего тела и визуальных улучшений, а также предложить высокий уровень ситуационной осведомленности с помощью нескольких датчиков, предоставляя пользователю доступ к дисплеям следующего поколения и коммуникативным функциям.

Экзокостюм Wyss от института Wyss / DARPA

Экзокостюм Wyss, разработанный институтом Wyss в рамках программы Warrior Web DARPA, представляет собой многослойный мягкий экзокостюм, сделанный из текстильных компонентов, усиливающих талию, бедра, бедра и икры.В отличие от жестких экзокостюмов, легкая конструкция Wyss обеспечивает минимальные ограничения для движения, а его система может автоматически определять, сколько поддержки требуется для обеспечения конкретного солдата, в зависимости от их индивидуальной механики походки.

Оперативный экзоскелет (OX) по Австралийскому DSTO

Оперативный экзоскелет (OX) Австралийской оборонной научно-технической организации представляет собой пассивный мягкий экзокостюм, специально разработанный для снижения нагрузки на спешенную пехоту.В OX используются два троса Боудена, которые обычно используются для управления дроссельной заслонкой легких самолетов и при остановках велосипедов, чтобы перенаправить вес с 85-килограммового рюкзака солдата прямо на землю. При весе 3 кг OX намного легче, чем HULC или XOS2, однако тросы Боудена по-прежнему будут оказывать некоторое сопротивление движению ног из-за своих жестких свойств.

Связанные компании

Спекон

Качественные парашюты для боевых задач

28 августа 2020

Россия и США участвуют в гонке военных экзоскелетов

Русский костюм Ратник-3 представляет собой внушительную паутину из шестиугольных броневых листов, черной перепонки и небольших шарнирных двигателей, называемых исполнительными механизмами.Олег Фаустов, инженер, работающий с производителем оружия ЦНИИТочМаш, на этой неделе сообщил российскому СМИ ТАСС, что правительство уже провело испытания прототипа.

«Это действительно увеличивает физические возможности военнослужащего. Например, испытатель умел стрелять из пулемета только одной рукой и точно поражать цели », — сказал он на недавней выставке вооружений« Армия-2018 »в России.

По словам Сэма Бендетта, младшего аналитика CNA и научного сотрудника, изучающего Россию в американской Совет по внешней политике.«Интересно, что в российском заявлении во время« Армии-2018 »говорилось, что экзоскелет« прошел испытания в бою », но без каких-либо конкретных деталей. Вполне вероятно, что это было опробовано в Сирии, хотя пресса и СМИ не освещали это событие », — сказал он. Хотя заявление было получено от производителя костюма, Бендетт сказал, что он предполагает, что претензия «должна быть одобрена государством с учетом боевых требований». Предполагается, что костюм будет официально выпущен в 2025 году.

Помимо почти комичного шлема в стиле Black Manta, в «Ратник-3» есть «40 спасательных элементов», сообщают российские СМИ.Во многом он напоминает некоторые из более поздних концептуальных изображений костюма TALOS, которые Командование Сил специальных операций США (SOCOM) пытается разработать.

В обоих случаях все эти навороты кажутся препятствием на пути к полной полезности костюма. И усилия Ратник-3, и ТАЛОС кажутся ограниченными доступной мощностью. «Есть проблемы с батареей и источниками энергии для этого экзоскелета, поскольку Россия — наряду с другими странами, работающими над этим — пытается создать компактный источник энергии, который позволил бы солдатам действовать независимо от каких-либо стационарных или транспортных средств. энергия, — сказал Бендетт.Даже российские СМИ отметили ограниченную мощность костюма, отметив, что время автономной работы менее четырех часов не очень практично для дня похода.

Предстоящая серия отчетов Центра новой американской безопасности (CNA) глубоко погружается в проблему улучшения солдат и приходит к аналогичному выводу.

«Текущее состояние технологий все еще не позволяет справиться с высокой нагрузочной способностью, необходимой для концепции костюма SOCOM TALOS…. и необходима разработка, прежде чем экзоскелеты в полный рост станут возможными для пехоты в бою вдали от надежного источника энергии. Тем не менее, эти достижения представляют собой важный шаг вперед в разработке технологий, необходимых для изготовления экзоскелетов спешенных солдат », — отмечается в отчете.

В то время как ограничения по размеру и мощности препятствуют реализации самых амбициозных военных мечтаний о Железном человеке, более скромные костюмы экзоскелетов все больше приближаются к использованию в реальном мире. Армия США экспериментирует с двумя конструкциями экзоскелетов в центре Natick Soldier Systems в Массачусетсе.Они не защитят солдат от вражеского огня, но помогут солдатам дольше носить с собой больше вещей. И они, скорее всего, окажутся на поле боя гораздо раньше.

«Экзоскелеты с более скромными целями, такие как экзоскелеты нижней части тела, которые предназначены просто для увеличения мобильности, снижения расхода энергии и уменьшения травм опорно-двигательного аппарата, могут оказаться более перспективными в ближайшем будущем», — говорится в отчете CNAS.

Самый крупный из двух — ONYX от Lockheed Martin. На мероприятии в Пентагоне в мае Defense One встретился с Кейтом Максвеллом, менеджером по продукту Lockheed Martin, который описал результаты первоначальных испытаний в ноябре 2016 года.

Посмотрите на этот реальный роботизированный экзоскелет Морские пехотинцы получают

Морские пехотинцы США собираются начать получать настоящие роботизированные экзоскелеты для тестирования, но эти экзокостюмы в ближайшее время не отправятся в бой. Вместо этого они будут поддерживать логистические операции, такие как погрузка и разгрузка поддонов с снаряжением и боеприпасами в полевых условиях.

Возможно, это не похоже на высокоскоростные миссии, которые вы представляли для первых широко используемых военных роботизированных экзоскелетов, но на самом деле это наиболее логичное (и выполнимое) применение этой развивающейся технологии.Американское командование специальных операций потратило годы на разработку роботизированного экзоскелета TALOS для специальных боевых применений, но обнаружило, что различные системы, которые они использовали, были слишком привередливыми для серьезных боевых действий. Хотя экзоскелеты могут значительно увеличить силу человека, они также потребляют огромное количество энергии, часто требуя, чтобы они оставались привязанными к кабелю питания.

Макет костюма ТАЛОС. (Фотография армии США Энтони Тейлора, Управление по связям с общественностью 85-го командования поддержки)

TALOS был окончательно отменен в прошлом году, но ряд различных технологий, разработанных для перспективной системы, продолжает жить в различных программах разработки оружия, которые подпадают под сферу компетенции SOCOM.Новый костюм Sarcos Defense не является производным от программы TALOS, но предлагает некоторые из тех же значительных преимуществ, в том числе способность увеличивать силу и выносливость того, кто привязан. Несмотря на прогресс программы TALOS в ряде областей, она была в конечном итоге считается непригодным для боя.

Однако, поскольку технология роботизированного экзоскелета еще не настолько развита, чтобы его можно было использовать вне проводов , это могло бы стать чрезвычайно полезным решением проблем, которые у военнослужащих все еще есть на передовых операционных базах.Выгрузка буквально тонн оборудования, боеприпасов и припасов, которые прибывают на поддонах, является одной из таких задач.

Используя роботизированный экзоскелет Sarcos Defense Guardian XO Alpha, один морской пехотинец может выполнять разгрузочные работы, которые обычно требуют целой специальной пожарной команды.

«Поскольку Корпус морской пехоты США уделяет особое внимание модернизации материально-технического снабжения и жизнеобеспечения как одному из своих ключевых приоритетов и стремится сократить численность персонала, необходимого для проведения экспедиционных операций, Guardian XO хорошо подходит для выполнения широкого спектра логистических приложений, направленных на решение их проблем. потребности и требования.”

Sarcos Defense

(Защита Саркоса)

Как главный экспедиционный корпус Америки, морские пехотинцы в последние годы вновь сделали упор на расширенные экспедиционные операции по базированию (EABO). Проще говоря, EABO направлен на повышение оперативных возможностей морских пехотинцев, работающих в суровых условиях, которые могут быть не рядом с крупными военными объектами. Цель внедрения новой технологии, такой как Guardian XO Alpha, состоит в том, чтобы предоставить большие возможности установки в передовые рабочие зоны.В то время как на крупных военных объектах могут использоваться вилочные погрузчики для быстрой загрузки или разгрузки припасов, более мелкие FOB (передовые оперативные базы) должны полагаться на рабочую силу для разгрузки припасов по их прибытии.

«Вместо команды из четырех морских пехотинцев, возможно, вам понадобится только морской пехотинец, способный разгружать поддоны, перемещать или загружать боеприпасы», — объяснил в прошлом году Джим Миллер, вице-президент Sarcos Robotics по оборонным решениям.

В краткосрочной перспективе морские пехотинцы будут оценивать этот новый роботизированный экзоскелет, чтобы увидеть, насколько он может быть полезен в различных операциях, в том числе некоторых, о которых команда Sarcos, возможно, еще не подумала.Конечно, другой важной частью процесса тестирования будет выяснение того, что экзокостюм не может сделать , и именно здесь морпехи действительно могут проявить себя. В конце концов, если вы хотите узнать, насколько сильно вы можете управлять предметом снаряжения, прежде чем оно умрет, есть несколько организаций, более подходящих для такого испытания на пытки, чем Корпус морской пехоты США.

Робот Guardian XO, экзоскелетный костюм, помогающий снизить риск травм за счет повышения силы и выносливости человека, демонстрируется на выставке Modern Day Marine Expo 2019 года на базе морской пехоты Куантико, штат Вирджиния., 18 сентября 2019 г. (фото Корпуса морской пехоты США: младший капрал Юрици Гомес)

«Команда Sarcos Defense очень рада, что в этом году Корпус морской пехоты США будет тестировать варианты использования нашей версии Guardian XO Alpha», — сказал Бен Вольф, генеральный директор Sarcos Defense.

«Нашим воинским подразделениям необходимо регулярно решать меняющиеся кадровые проблемы и снижать риск получения травм при выполнении тяжелых работ. Мы считаем, что наши полноразмерные экзоскелеты с приводом будут огромной пользой как для морской пехоты, так и для США.ВВС США, ВМС США и USSOCOM, с которыми мы также работаем над нашей технологией экзоскелета ».

19 военных экзоскелетов по 5 категориям Отчет об экзоскелетах

Носимая робототехника для военных — самая динамичная часть индустрии экзоскелетов. Военные экзоскелеты проходят испытания в США, Китае, Канаде, Южной Корее, Великобритании, России и Австралии, и это только те проекты, о которых общественность знает. Многие другие проекты военных экзоскелетов остаются в секрете.В открытом доступе все еще достаточно информации, чтобы увидеть, насколько сильно изменились военные экзоскелеты за последние 10 лет и какое новое направление взяли разработчики экзоскелетов.

История военных экзоскелетов

Как и история войны, история военных экзоскелетов полна невзгод и разочарований. Книга Роберта Хайнлайна «Звездный десант» 1959 года считается первым широко распространенным художественным произведением, в котором была показана военная силовая броня. Несмотря на то, что были некоторые ранние патенты и чертежи, описывающие, как должен выглядеть военный экзоскелет, исследователи в этой области поняли, что технология далека от использования в активной зоне боевых действий.Относительно контролируемая и структурированная среда в больницах, реабилитационных центрах и фабриках обеспечила более благодатную почву для внедрения носимой робототехники.

XOS 2, Sarcos через Sarcos.com

Примерно в 2010 году вниманию общественности были представлены два крупных проекта экзоскелета для военных: HULC (Human Universal Load Carrier) от Ekso Bionics и Lockheed Martin и XOS и XOS2 от Sarcos / Raytheon. Оба были полными костюмами для увеличения подвижности солдат. Оба проекта захватили воображение публики.Но с каждой статьей и выпуском новостей возможности и успех двух экзо становились все более и более преувеличенными. Поэтому для меня стало большим шоком, когда военные США перестали проявлять интерес к обоим проектам. Всего за несколько месяцев казалось, что технология экзоскелетов превратилась из, казалось бы, месяцев до полного развертывания в вооруженных силах, до чего-то бесполезного и не стоящего внимания.

Крушением первых военных экзоскелетов были их размер и потребляемая мощность.Поскольку и HULC, и XOS были полными костюмами, у них были большие металлические рамы и несколько приводов. Было достаточно сложно измерить и охарактеризовать то, что все эти отдельные приводы на самом деле делают для солдата, но привести их в действие оказалось невозможно. В проекте XOS особое внимание уделялось разработке двигателей и системы управления с идеей, что аккумуляторные технологии наверстают упущенное. XOS 2 представлял собой привязанный экзоскелет, который нужно было постоянно подключать к источнику питания. Когда выяснилось, что никакие батарейки не способны питать скафандр долгое время, разработку отменили.

Проект HULC столкнулся с теми же проблемами с электропитанием, что и XOS, но команды Ekso Bionics и Lockheed Martin очень сильно боролись, чтобы заставить его работать. HULC неоднократно модернизировался, чтобы потреблять меньше энергии. В какой-то момент был введен небольшой газовый двигатель. Но, как теперь выяснила Boston Dynamics, американские военные не оценили идею о том, что громкий двигатель высокого шага объявляет позицию своих войск.

HULC — Human Universal Load Carrier, Ekso Bionics и Lockheed Martin

В конце концов, HULC смог двигаться самостоятельно в течение нескольких часов и продемонстрировал снижение метаболических затрат для солдат, носящих его, но проект натолкнулся на новое препятствие.Военные США увеличили количество часов, в течение которых HULC должен работать без подзарядки. Затем проект зашел в бесконечный цикл, чтобы увеличить время автономной работы, требовалась более тяжелая батарея, которая затем требовала большей мощности для костюма, что затем требовало большей батареи и так далее.

Хотя HULC не был успешным, урезанная версия без двигателей и электроники под названием iHAS стала одним из первых пассивных экзоскелетов, обещающих использовать на работе и в промышленности.IHAS превратился в Mantis, который в конечном итоге вдохновил на создание пассивных экзоскелетов Ekso Works и FORTIS. Sarcos отделилась от Raytheon, но это все еще действующая компания и наверняка работает над чем-то интересным.

С годами военные экзоскелеты превратились в более мелкие, легкие и специализированные устройства. Для сравнения, некоторые из начальных версий HULC весили 53 фунта (24 кг) по сравнению с 11 фунтами (5 кг) для многих новых военных экзо.

Вызовы для военных экзоскелетов

Военные экзоскелеты сталкиваются со многими из тех же проблем, что и их промышленные аналоги: удобство ношения в течение многих часов и интеграция с уже установленным оборудованием и стандартами.Военные экзоскелеты должны работать с уже принятой военной техникой. Например, если бронежилет пехоты мешает посадке военного экзоскелета, экзоскелет должен уйти. Военные экзоскелеты должны быть универсальными, но удобными и полностью интегрированными с солдатом, не мешая при этом оружию или возможности укрыться.

Вот почему многие из последних военных экзоскелетов имеют двигатели и исполнительные механизмы спереди или сзади пользователя.Это резко контрастирует с подавляющим большинством экзоскелетов, у которых большая часть устройства находится на бедрах или сбоку от ног.

Кроме того, экзоскелеты должны быть надежными и очень прочными. Если десантнику нужно спрыгнуть с самолета, прыгнуть с парашютом в озеро, проползти по грязи, а затем бежать в укрытие, чтобы поразить врага, этот экзоскелет должен сработать, а не стать помехой.

Возможности для военных экзоскелетов

Есть реальная возможность принятия экзоскелетов на вооружение.Как показывает практика, чем больше экипировки должен носить солдат, тем меньшее расстояние он может преодолеть за день. С точки зрения безопасности, расстояние, которое должно преодолеть военное подразделение, обратно пропорционально тому, сколько доспехов могут носить солдаты. Экзоскелет, который может продемонстрировать снижение метаболических затрат у загруженной снаряжением пехоты, может превратиться в солдат, которые могут покрывать большую территорию, иметь больше припасов, стать более независимыми и иметь дополнительную броню.

Все военные экзоскелеты, за исключением серии Mojo от 20KTS +, нацелены на то, чтобы тем или иным образом снизить метаболические затраты солдата.Экзоскелет может оказывать прямую энергетическую помощь солдату во время ходьбы, пытаться перенести часть веса оборудования на землю или уменьшать вес батарей за счет подзарядки более мелких. Основным исключением из этого правила являются Terra Mojo и Marine Mojo от 20KTS +, которые уменьшают вибрацию стоящих солдат на небольших лодках или транспортных средствах.

Категории и примеры:

Так же, как и другие три подполя экзоскелетов (медицинский, рабочий / промышленный, потребительский / гражданский), военные экзоскелеты можно разделить на категории в зависимости от функции.

Полноразмерные военные экзоскелеты

Это носимые роботы, которые закрывают ноги и руки. Помимо научной фантастики (фильмы, книги и компьютерные игры) в разработке было несколько реальных прототипов. Все костюмы для полного тела имеют те же недостатки, что и HULC и XOS 2. Они большие, имеют слишком много приводов и их трудно приводить в действие и управлять ими. В результате многие более поздние проекты полного тела были разделены пополам на отдельных или модульных носимых роботов для верхней и нижней части тела.

Остались экзоскелеты с полным корпусом для военных, которые достигли стадии прототипа:

  • HULC от Lockheed Martin и Ekso Bionics
  • XSO и XSO2 от Sarcos / Raytheon

Военные экзоскелеты с приводом от нижней части тела

Экзоскелеты нижних конечностей (или просто ног) помогают ногам. Если носимое устройство простирается до земли, его также можно использовать для переноса нагрузки. Поскольку военный экзоскелет всегда должен быть гибким и податливым, количество груза, которое он может нести при быстром движении, всегда будет ограничено.Эти устройства также могут быть классическими с твердым металлическим каркасом или целиком из мягких материалов. Это позволяет объединить экзоскелеты ног с приводом в одну категорию в зависимости от их основного предназначения: обеспечение мобильности и снижение метаболических затрат на движение (солдат, несущий вес своего снаряжения и экзоскелет, должен тратить меньше энергии, чем несущий только снаряжение. ).

Веб-экзокостюм DARPA Warrior, Ekso Bionics, Источник: Министерство обороны через Army Times

Примеры военных экзоскелетов нижней части тела с приводом:

Пассивные военные экзоскелеты

Marine Mojo, 20KTS +

Пассивные экзоскелеты не имеют приводов, батарей или электроники.Двумя хорошими примерами того, что пассивный экзоскелет может сделать для военных, являются Marine Mojo и DSTO Operations Exoskeleton. Marine Mojo от 20KTS + разработан для поглощения ударов и вибраций военнослужащим на небольших, быстрых патрульных катерах. Это небольшая система легкого демпфера. Операционный экзоскелет Министерства обороны Австралии по науке и технологиям (DSTO) представляет собой систему тросов Боудена, предназначенную для передачи части веса тяжелого рюкзака солдата прямо на землю.

Примеры пассивных экзоскелетов:

Военные экзоскелеты, собирающие энергию

Экзоскелеты, собирающие энергию, намеренно мешают солдату собрать энергию. Собранная энергия может быть преобразована в электричество для подзарядки батареи или непосредственного питания устройства (например, устройства связи). Некоторые экзоскелеты нижней части тела предположительно можно превратить из вспомогательных в энергетические коллективные, но это сделает их навсегда тяжелее. Чтобы получить представление о том, как выглядит грубый прототип собирающего энергию экзоскелета колена, обратитесь к этой статье: Экзоскелеты, извлекающие энергию для пользователя.

Обычно извлечение энергии при ходьбе происходит на пятке. Податливый элемент сжимается при ударе пяткой, обеспечивая небольшое количество энергии. Исторически сложилось так, что устройства для извлечения энергии в конечном итоге производят меньше энергии, чем затраты на их ношение. Лучший пример военного экзоскелета — PowerWalk от Bionic Power. В мае 2016 года компания приобрела дополнительный контракт на 1,25 миллиона долларов на первоначальное мелкосерийное производство PowerWalk для армии США.

PowerWalk Kinetic Energy Harvester, Bionic Power через раздел фотографий

Tandem NSI опубликовала феноменальную статью, в которой объясняется интерес к военным экзоскелетам, поглощающим энергию.Если предположить, что развертывание длится 72 часа (3 дня), то солдату необходимо иметь достаточно электроэнергии для питания всех своих устройств в течение всего этого периода. В настоящее время это 17 фунтов батарей. Устройство, способное нести эти 17 фунтов (например, экзоскелет ноги), — один из способов решения этой проблемы. Другой метод — уменьшить вес батарей, заменив их аккумулятором меньшего размера, который непрерывно заряжается экзоскелетом в течение 72 часов. Если метаболические затраты на вес и помехи перезаряжаемого устройства меньше, чем метаболические затраты на ношение неперезаряжаемых батарей, устройство будет успешным.

Примеры:

  • PowerWalk от Bionic Power
  • СПАРК от SpringActive

Стационарные военные экзоскелеты

Может показаться нелогичным, почему военные хотели бы иметь систему экзоскелета, которая никуда не денется, но она действительно находится в стадии расследования. Это MAXFAS: экзоскелет с подвижной рукой для стабилизации прицела огнестрельного оружия. Основываясь на исследовании экзоскелетов, подавляющих тремор, Дэн Бэкл задался вопросом, можно ли подавить естественные движения рук и их вариации с помощью той же технологии.Его первоначальные исследования были чрезвычайно многообещающими, и испытуемые смогли улучшить свое прицеливание из пистолета после тренировки на его стационарном экзоскелете. Полная публикация на: udspace.udel.edu.

Считаете ли вы этот обзор подполя военных экзоскелетов полезным? [Yasr_visitor_votes size = ”small”]

Выравнивание возможностей критично для разработки военного экзоскелета

Как показывает это тематическое исследование, проведенное Boston Engineering, процесс разработки и тестирования технологий экзоскелетов для военных приложений требует согласования возможностей всех участников программы, включая военных, промышленность и ученых.Прямая обратная связь с солдатами, в том числе их понимание влияния экзосов на когнитивные функции, также имеет решающее значение.

Автор: Дэн Кара |

Послушать статью

Для американских военных высокий уровень готовности часто требует, чтобы пехотные солдаты несли более 100 фунтов снаряжения во время миссий. Снижение физической нагрузки на солдат — лишь одна из причин, по которой U.S. military продолжает оценивать технологию экзоскелета для использования в оборонных целях.

Директива армии США от 2017 года о дальнейшей оценке экзоскелетов привела к независимому анализу продуктов-кандидатов. Чтобы поддержать эти усилия, Командный центр развития боевых возможностей армии США (CCDC-SC) использует официально определенный процесс для оценки того, улучшит ли технология экзоскелета конкретные возможности солдат и как они это сделают. Сюда входит анализ механических свойств кандидатного экзоскелета, того, как они интегрируются с системами солдат, их эксплуатационная полезность и как солдаты будут их использовать.

В одну команду, тесно сотрудничающую с CCDC-SC над этой инициативой, входят представители Boston Engineering , компании по оказанию инженерных услуг, Массачусетского университета в Лоуэлле , Массачусетского технологического института (MIT) и других академических, промышленных предприятий, и государственные партнеры.

Оценка коммерческой технологии экзоскелета для военного применения
Вспомогательная роль Boston Engineering в анализе экзоскелета включает:

  • Проведение сторонних оценок продукции экзоскелетов для определенных военных приложений
  • Получение отзывов солдат о характеристиках экзоскелета, простоте использования и т. Д.
  • Сопоставление текущих возможностей экзоскелета с требованиями солдат
  • Поддержка будущих этапов программы, например, оптимизация экзоскелетов для удовлетворения военных потребностей

Lockheed Martin’s ONYX

Экзоскелеты для боевого оружия
Первый проект был направлен на повышение мобильности и выносливости пехоты. Boston Engineering проанализировала экзоскелеты, предназначенные для помощи в задачах «движения и маневрирования», чтобы уменьшить нагрузку на лодыжки, колени и бедра.

Испытания и оценка экзоскелета

охватывали устойчивость и надежность, оценку рисков / опасностей и анализ энергопотребления. Для измерения акустики на различных этапах использования продукта и энергии компания Boston Engineering использовала помещения для испытаний на реверберацию в Национально признанной испытательной лаборатории (NRTL) для проведения своих исследований. Области удобства использования / эксплуатации включали способность солдат быстро надевать и снимать экзоскелеты.

В дополнение к многочисленным объективным лабораторным тестам производительности экзоскелета, CCDC-SC также провел значительную оценку отзывов пользователей, чтобы лучше оценить преимущества в производительности для солдат.Эти оценки, или точки соприкосновения солдат (STP), имеют решающее значение для принципов командования армейского будущего для улучшения перехода технологий от исследований и разработок к боевым действиям. Этот первый раунд STP включал оценку Dephy ExoBoot и Lockheed Martin ONYX .


Во время оценки того, как экзоскелеты снижают физическую нагрузку на солдат, несущих боевую службу, в упражнениях также было показано, как эта технология может также снизить когнитивную нагрузку.


Soldier Testing
Испытания двух экзоскелетов «движение и маневр» прошли в Ft. Драм, Нью-Йорк, с 10-й горной дивизией (легкая пехота) и в Ft. Девенс в Массачусетсе. Более 250 солдат использовали эти системы в рамках первого этапа проверки роботизированного экзоскелета, который начался в 2018 году и завершился в 2019 году.

Экзоскелетные STP обеспечивали оперативное и технологическое погружение как во время маневров пехоты, так и во время демонстрации технологий.Команда наблюдала, как солдаты носят экзоскелеты при выполнении стандартных солдатских и профессиональных задач. Кроме того, это был интерактивный форум для получения откровенных отзывов солдат.

При оценке того, как экзоскелеты снижают физическую нагрузку на солдат, находящихся на боевом дежурстве, упражнения также показали, как эта технология может также снизить когнитивную нагрузку. И хотя ответы отдельных лиц субъективны, Boston Engineering и CCDC-SC используют стандартную модель для измерения обратной связи. CCDC-SC и другие военные группы продолжат STP для дальнейшего уточнения требований и возможностей экзоскелета для пехотных приложений.

ExoBoot Дефи

Экзоскелеты для материально-технического снабжения и логистики
Под руководством CCDC-SC компания Boston Engineering также проводит аналогичный анализ деятельности по обеспечению и логистике, требующей подъема и переноски, а также длительных надземных работ. Экзоскелеты, которые лучше всего отвечают этим потребностям, обычно ориентированы на поддержку верхней части тела, нижней части спины и бедер.

Этап I этой новой программы включает 1) закупку соответствующих продуктов экзоскелета / экзокостюма, 2) работу с поставщиками для понимания и проверки их возможностей, 3) и выполнение всестороннего инженерного анализа.

Кроме того, Boston Engineering разрабатывает планы испытаний для оценки характеристик экзоскелета путем количественной оценки биомеханических и физиологических требований к солдату при использовании продукта. Эти усилия будут включать сотрудничество с центром UMass Lowell NERVE Center , который представляет собой испытательный и исследовательский центр робототехники, специализирующийся на оценке возможностей роботов, производительности человека и взаимодействия человека с роботом (HRI). Эти усилия 2020 года будут иметь решающее значение для определения того, какие проекты будут реализованы в будущих СТП.

Путь вперед
Военные агентства продолжают получать ценные сведения на основе отзывов солдат. Дополнительное тестирование для измерения физиологических требований солдат с использованием экзоскелетов поможет уточнить требования уровня технологической готовности (TRL) для определенных приложений экзоскелета.

Под руководством CCDC-SC, Boston Engineering и другие сотрудники также продолжают учитывать отзывы солдат для повышения летальности на поле боя, выживаемости, готовности и производительности миссии.Этот процесс «ускорения инноваций» за счет активного согласования возможностей военных, отраслевых академических секторов, наряду с пониманием солдат для достижения общей цели, позволит военным США более эффективно использовать достижения в области экзоскелетов.

Кори Хофманн, технический руководитель отдела экзоскелетов в Boston Engineering, ученый-биомеханик с восьмилетним опытом проектирования и исследования человеческого тела и взаимодействия человека с машиной.Его исследовательские интересы включают научно-обоснованный дизайн продуктов, предназначенных для людей. Ранее Хофманн работал старшим инженером по биомеханике в Life Fitness и старшим менеджером по исследованиям в Cybex International. Хофманн имеет степень бакалавра биомедицинской инженерии в Колледже Нью-Джерси и степень магистра биомеханики в Университете штата Пенсильвания.

В качестве генерального директора New Stone Soup LLC Рита Васкес-Торрес занимается стратегическим анализом / планированием и опытом развития бизнеса, чтобы предоставлять клиентам конечные результаты.На протяжении более 20 лет она успешно вела множество проектов, в том числе выступала за финансирование и руководила Национальным центром защиты (NPC) Национального центра защиты (NPC) армии США Natick Soldier RD&E. Васкес-Торрес отвечал за создание и управление исследовательскими проектами на сумму более 40 миллионов долларов, выступая в качестве старшего советника по технологиям и политике для стратегических партнеров. Она участвовала в многочисленных конференциях и симпозиумах в качестве специалиста по интеграции человеческих систем и межправительственному сотрудничеству.Помимо руководства NPC, она занимала должности старшего специалиста по промышленной безопасности и директора по стратегическому управлению программами и развитию бизнеса в области технологий экзоскелета и помощи человеку. Васкес имеет степень магистра государственного управления Государственного университета Фрамингема.

Feature: Можем ли мы создать костюм «Железного человека», который даст солдатам роботизированную поддержку? | Наука

Одинокий солдат стоит в темном переулке, глядя на дверь.Несмотря на то, что он покрыт громоздкой броней, он бросается вперед, прорывается сквозь него и попадает под шквал стрельбы. Вместо того, чтобы отступить, солдат стоит прямо, когда пули безвредно стреляют в него.

Это не трейлер последнего фильма о супергероях. Это анимационный фильм, созданный военными США, призванный продемонстрировать свое видение мускулистого роботизированного экзоскелета, который они надеются использовать вместе с элитными коммандос. Названный Tactical Assault Light Operator Suit, или TALOS, он является центром многомиллионного исследовательского проекта, катализатором которого послужила смерть коммандос во время спасения заложников в Афганистане.Название TALOS отдает дань уважения металлическому гиганту из греческой мифологии, который охранял остров Крит, без особых усилий кружа над ним три раза в день. Более небрежно его называют костюмом Железного человека.

TALOS — это лишь часть более масштабных глобальных исследований по разработке экзоскелетов, которые наделяли бы людей сверхчеловеческой силой и выносливостью. Но вообразить Железного человека в комиксах и фильмах оказалось проще, чем построить его. Усилия полны неудач. Предшественник TALOS, названный Human Universal Load Carrier (HULC), был отложен после того, как оказался непрактичным и утомлял пользователей вместо того, чтобы перегружать их.И некоторые ученые скептически относятся к тому, что TALOS и аналогичные тяжелые конструкции экзоскелетов с твердым телом будут работать в ближайшее время, заявляя, что они часто не решают фундаментальных физиологических проблем.

А. КУАДРА / НАУКА

Улучшение легкости шага человека — чуть больше, чем наклон вперед и толчок икрой — оказывается сложной инженерной задачей.Создание машины для помощи инвалидам — ​​это одно, но «с точки зрения дизайна очень сложно улучшить ходьбу и бег человека, потому что мы так хорошо в этом умеем», — говорит Хью Херр, инженер Массачусетского института медицины. Technology (MIT) в Кембридже. По его словам, разработанные до сих пор экзоскелеты слишком громоздки и имеют тенденцию бороться с естественными ритмами тела, что превращает их в «причудливые тренажеры».

В результате некоторые исследователи закрывают глаза.Они выбирают более мягкий подход, создавая костюмы, которые напоминают беговые трико, прикрепленные к моторизованным тросам, или скромный бандаж для лодыжки. Всего за последние несколько лет они наконец достигли долгожданной цели: создали экзоскелет, который фактически экономит энергию пользователя при ходьбе по ровной беговой дорожке.

Это достижение далек от того, чтобы суперсолдат выбил дверь, но оно вселяет надежду на то, что машины и микропроцессоры действительно могут улучшить здоровье человека. «Я думаю, что мы находимся на той стадии, когда братья Райт могут немного поднять самолет, но он не задерживается надолго», — говорит Дэн Феррис, ведущий ученый-экзоскелет из Мичиганского университета (UM). Анн-Арбор.

ВОЕННЫЕ ЛИДЕРЫ , стремящиеся дать солдатам больше силы, выносливости и защиты, давно мечтали о чем-то похожем на Железного человека из комиксов Marvel, чьи силы исходили от костюма робота. В конце 1960-х Управление военно-морских исследований США профинансировало разработку Hardiman, массивного 680-килограммового экзоскелета, созданного General Electric Global Research. В конечном итоге от Хардимана отказались, но идея не умерла.

В 2000 году Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA), агентство Пентагона, наиболее известное как помощь в изобретении Интернета, скрытых от радаров самолетов-невидимок и беспилотных дронов, начало финансировать исследования экзоскелетов, которые могут улучшить боевые характеристики.Результатом стали различные высокотехнологичные шарнирные металлические скобы для ног. Один дизайн из лаборатории Калифорнийского университета (UC) в Беркли превратился в HULC.

К 2011 году оборонный подрядчик Lockheed Martin, который лицензировал права на использование системы Калифорнийского университета в Беркли, был готов испытать обновленный HULC, который отличался уменьшенными скобами и моторизованными суставами, в Исследовательском отделении армии США Natick Soldier Research, Development. и инженерный центр в Массачусетсе.

Шумиха была существенной.HULC «позволит солдатам делать то, что они не могут делать сегодня, и поможет защитить их от травм опорно-двигательного аппарата», — заявил в пресс-релизе менеджер проекта Lockheed Джим Ни. Компания заявила, что HULC позволит солдатам нести 90 кг на расстояние до 20 километров на одном заряде батареи. (См. Ниже рекламный видеоролик HULC.)

Праздник был недолгим. Когда солдаты надевали 40-килограммовый костюм и ходили по беговой дорожке, тесты показали, что они сжигают больше энергии, чем при ходьбе без посторонней помощи.В одном испытании с участием восьми пользователей HULC частота сердечных сокращений у них подскочила в среднем на 26%, а потребление кислорода выросло на 39% по сравнению с тем, когда они не использовали тренажер.

Одна большая проблема заключалась в том, что HULC заставлял пользователей ходить незнакомым образом, — говорит Карен Грегорчик, инженер-биомеханик из армейского центра Natick, руководившая тестами. Эта трудность усугублялась отсутствием координации между человеком и машиной. «Он пытается толкнуть вашу ногу вперед, а вы не готовы толкнуть ногу вперед», — говорит Грегорчик, который потратил полчаса на примерку костюма.«Это была тренировка».

Сегодня последний из прототипов HULC припаркован в лаборатории компании в Орландо, Флорида. Также приостановлена ​​работа над XOS 2, аналогичным экзоскелетом DARPA, который приобрел Raytheon.

Рекламный ролик HULC:

Падение HULC не помешало военным снова попытаться добиться большого успеха. Теперь в центре внимания находится TALOS, детище бывшего адмирала ВМС Билла Макрейвена, который до прошлого года возглавлял Командование специальных операций Пентагона (SOCOM).После того, как спецназовец SEAL погиб, застрелен при входе в комнату во время спасения заложников, Макрейвен говорит, что кто-то спросил его, почему у военных до сих пор нет хорошего способа защитить солдат в таких ситуациях. «Он сказал:« Где наш костюм Железного человека? »- вспоминает Макрейвен, ныне ректор системы Техасского университета. «У меня не было для него хорошего ответа». В начале 2013 года команда Макрейвена запустила 5-летнюю исследовательскую программу.

С самого начала в TALOS был оттенок Голливуда, и не только в рекламном ролике.Среди подрядчиков проекта была компания Legacy Effects из Калифорнии, которая шила костюмы для фильмов о Железном человеке. «Научная фантастика может вести науку», — говорит Макрейвен. «Возможно, мы никогда не получим что-то похожее на Железного человека, но это то, что мы ищем».

Пока что мало публичных подробностей о конструкции TALOS. В письменных ответах на вопросы журнала Science лейтенант-коммандер Мэтт Аллен, представитель SOCOM, нарисовал изображение экзоскелета в полный рост, способного нести тяжелую бронежилет, а также антенны и компьютеры для предоставления информации о поле боя и датчики для отслеживания движения солдата. физическое состояние.На фотографиях и рекламных видеороликах прототипов показаны устройства, очень похожие на HULC, с жесткими шарнирными рамами, спускающимися по ножкам.

Но Расс Ангольд, инженер и соучредитель компании Ekso Bionics из Ричмонда, Калифорния, говорит, что дизайнеры TALOS извлекли уроки из недостатков прошлых разработок. Компания была создана для коммерциализации экзоскелета Калифорнийского университета в Беркли и изобрела первый HULC. Теперь у него есть контракты на создание прототипов TALOS. «Я думаю, что любую проблему можно решить», — говорит он.»Это вопрос времени.»

Исследователи «всесторонне» исследуют компромисс между весом, мобильностью и выносливостью, пишет Аллен. Хотя в сообщениях СМИ бюджет проекта оценивается в 80 миллионов долларов, Аллен написал: «Мы не знаем, сколько будет стоить TALOS».

Когда может появиться экзоскелет, тоже неясно. График, предусматривающий производство полнофункционального прототипа к 2018 году, «в настоящее время выполняется по графику», — сказал генерал армии Джозеф Вотель, нынешний руководитель SOCOM, на конференции в январе этого года.Но он отметил, что «остается еще много серьезных проблем».

Феррис из

UM считает, что до необходимых технических достижений — снижения веса, повышения производительности аккумулятора и обеспечения идеальной синхронности движения машины с человеком — еще далеко. «На самом деле они не разбираются в технике и науке», — говорит он о SOCOM. «Они не понимают, какой прыжок нам нужно сделать». По его оценкам, сторонникам TALOS «потребуется бюджет в 500 миллионов долларов, чтобы это произошло». Такие опасения побудили ныне вышедшего на пенсию сенатора Тома Кобурна (R – OK) включить TALOS в выпуск 2014 года в свою ежегодную книгу отходов проектов, которую он считал правительственным бесполезным занятием.

Ученые из исследовательской лаборатории армии Натика также выразили обеспокоенность. Военным до сих пор не хватает понимания базовой биомеханики, необходимой для успешного экзоскелета ноги, — пришли к выводу Грегорчик и несколько других в недавнем исследовательском предложении. Результатом стал подход «наугад», который привел к появлению нескольких «плохо функционирующих устройств», включая HULC. Они призывают к более фундаментальным исследованиям, чтобы понять, как взаимодействуют экзоскелет и человеческая нога. «Я думаю, что Железный человек слишком велик», — говорит Грегорчик.«Я думаю, мы должны начать с малого и сначала посмотреть, как это работает».

Герр, чья лаборатория Массачусетского технологического института построила небольшой моторизованный экзоскелет для голеностопного сустава, который открыл новые горизонты, продемонстрировав, что он действительно может улучшить ходьбу, сетует на озабоченность военных большими и громоздкими конструкциями. «Я страстно пытался убедить [министерство обороны] просто перестать зацикливаться на такой архитектуре», — говорит он.

БОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНАЯ АЛЬТЕРНАТИВА , говорят некоторые защитники экзоскелетов, можно найти в Кембридже, штат Массачусетс, лаборатории, которая выглядит как нечто среднее между магазином робототехники и студией дизайна одежды.Помимо беговой дорожки, обычных двигателей и электропроводки, в помещении инженера Конора Уолша в Гарвардском университете есть четыре швейных машины, корзины с тканью и стойка на колесиках с черной одеждой.

Одежда символизирует иной подход к дизайну экзоскелета. Рожденный в результате новой программы DARPA под названием Warrior Web, он является полной противоположностью TALOS. Вместо того, чтобы строить здоровенную металлическую машину, которая выдерживает вес груза и которая может мешать нормальному движению, Уолш и его команда используют ткань, гибкие кабели и небольшие моторы, чтобы придать дополнительный импульс энергии каждому шагу. позволяя человеку двигаться свободно.Эти «мягкие экзокостюмы» весят всего 9 килограммов и потребляют всего 140 Вт электроэнергии — немного больше, чем настольный компьютер. Теоретически костюмы могут означать, что солдаты прибудут в конце длинного патруля менее уставшими и подверженными травмам.

Чтобы продемонстрировать, как это на самом деле работает, команда Уолша позволила репортеру опробовать систему. Экипировка — это как модель, готовящаяся к выходу на подиум. Я натягиваю черные колготки; затем Диана Вагнер, отвечающая за тканевую сторону проекта, вставляет меня в остальную одежду.Ремни плотно облегают мою талию, бедра, бедра и икры. Все должно быть аккуратно и по форме, чтобы при запуске моторов ничего не дергалось. Датчики, заправленные в шнурки для обуви и набедренные ремни, будут отслеживать движения моих ног, сообщая машине, когда действовать.

После 45 минут настройки я готов взбираться на беговую дорожку. Два инженера опускают мне на плечи рюкзак, украшенный коробками и свисающими кабелями. Они защелкивают кабели в разъемах на моей талии и ногах, а также на шпорах из углеродного волокна, которые выступают из пяток моих армейских ботинок.Я ставлю средний шаг, чтобы машина могла правильно отрегулировать тросы. Затем Игнасио Галиана, один из инженеров, запускает беговую дорожку. Я иду со скоростью около 5 километров в час.

Мой первый шаг встречен неожиданно резким рывком пятки. Он отпускает, и почти сразу же другая моя нога тянется вверх и назад. Я сохраняю равновесие и перехожу к быстрой прогулке, крохотные электродвигатели и шестеренки идут в ногу с неистовым жужжанием. Они извлекают и отпускают провода с каждым шагом, синхронизируя с моим шагом микропроцессоры и датчики движения.Даже по прошествии нескольких минут каждое нажатие слегка дергает меня, как будто я марионетка с четырьмя проводами, контролирующими мои ноги. Я хожу в костюме или он меня выгуливает?

«Мы делаем значительную часть того, что нужно вашему телу», — объясняет Галиана. «Требуется немного времени, чтобы привыкнуть к этим дополнительным силам и полностью расслабиться».

Через 12 минут на беговой дорожке он выключает экзоскелет, а я продолжаю идти. Происходит что-то неожиданное. Мои ноги внезапно становятся медленнее, а ботинки тяжелее.В моей походке меньше бодрости.

«Это то, что мы часто слышим», — с ухмылкой говорит Галиана. «Людям кажется, что они ходят по грязи».

Преимущество костюма, говорит Уолш, подтверждается цифрами. В недавнем тесте семь человек, которые ходили в костюмах и несли грузы, равные 30% их веса, были в среднем на 7% эффективнее, чем без костюмов.

Солдат примеряет так называемый мягкий экзокостюм на Абердинском полигоне в Мэриленде.Тесты показали, что он помогает человеку ходить более эффективно.

Пол Феттерс

ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ БЕГОВОЙ ДОРОЖКИ — это одно. Но работает ли мягкий костюм в реальном мире?

Чтобы ответить на этот вопрос, Уолш и DARPA отправляются в глуши Абердинского испытательного полигона армии США, обширной базы площадью 30 000 гектаров к северу от Балтимора, штат Мэриленд. Прошлым летом влажным утром 28 ° C 21-летний У.Специалист южной армии Каччиаторе (он не назвал своего имени) выходит в поход. Но это не обычная тренировка. Единственная стандартная вещь — коротко остриженная стрижка. За ним следует свита из 12 человек, состоящая из инженеров Гарварда, армейских ученых и официальных лиц DARPA, которые поскользнулись в грязи и прихлопнули комаров.

Группа технических специалистов следует за испытателем военного экзокостюма, собирая данные, которые покажут, помогает ли устройство — или вредит — действиям солдата.

Пол Феттерс

Перед тем, как отправиться в путь в мягком экзокостюме и снаряжении общим весом 40 килограммов, Cacciatore проводит 5 минут в лаборатории, гуляя и прыгая на беговой дорожке, которая измеряет силу каждого шага. Маска помогает исследователям определить, сколько кислорода он использует. В другой день он сделает то же самое, но без экзокостюма, чтобы сравнить результаты.

Затем Каччиаторе на головокружительной скорости мчится по грязной дороге в коричневой футболке и черных трико. Шумные механизмы экзокостюма придают ему отчетливо роботизированный вид.Пока он идет вперед, двое следующих за ним инженеров с ноутбуками, подвешенными к их шеям, смотрят на коллаж из графиков, отслеживающих производительность оборудования.

Когда Каччиатор достигает поваленного дерева, он легко переступает через него. Провода провисают, потому что датчики движения обнаруживают нечто иное, чем обычную ходьбу.

Наблюдатели впечатлены. «Должен сказать, это круто», — говорит Майкл ЛаФьяндра, эксперт по биомеханике и начальник отделения спешенных воинов в лаборатории армейских исследований в Абердине.«Физическое увеличение было чем-то несбыточной мечтой. А теперь кажется, что это могло стать реальностью ». (См. Ниже рекламный видеоролик, демонстрирующий еще одно видение будущего экзоскелета.)

Тем не менее, есть проблемы. В конце концов, это прототип, созданный не для того, чтобы выдерживать суровые условия боя. Дважды во время похода что-то ломается или ломается. Как бригада ямы на Indianapolis 500, инженеры роятся над солдатом, быстро ремонтируя его.

Позже Уолш не будет детализировать общий результат тестов.«Могу сказать, что это было положительно», — допускает он. По его словам, механические проблемы в то утро были единственными за две недели испытаний.

Тем не менее, Уолш предостерегает от нереалистичных ожиданий, отмечая множество проблем. Мягкий экзокостюм предназначен, например, для ходьбы, но не для бега. Оказалось, что сложно разработать систему, которая сработает в нужный момент, когда кто-то движется по неровной местности. Некоторым людям легче адаптироваться к костюму, чем другим, предполагая, что любые преимущества могут варьироваться от пользователя к пользователю.И любая окончательная версия должна быть интегрирована со многими другими частями военной формы.

Грегорчик из армии предлагает еще один отрезвляющий список вопросов, с которыми придется столкнуться любому реальному костюму Железного человека — мягкому или твердому. Может ли использование экзоскелета стать причиной множества травм? Будет ли выгода от производительности перевешивать затраты? «Допустим, устройство снижает метаболические затраты солдата, несущего груз, на 5%», — говорит она. «Оказывает ли это операционную выгоду? Это что-нибудь значит? »

Уоррен Корнуолл — писатель-фрилансер из Беллингема, штат Вашингтон.

Revision Военное видение будущего экзоскелета:

.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *