Setengah abad setelah bermulanya pekerjaan di bidang exoskeletons, sampel pertama peralatan ini siap untuk pergi ke pekerjaan yang lengkap. Lockheed Martin baru-baru ini membanggakan bahawa projek HULC (Human Universal Load Carrier) tidak hanya diuji di lapangan dengan Pentagon, tetapi siap untuk produksi bersiri. Exoskeleton HULC kini "bernafas di belakang" oleh beberapa projek serupa dari syarikat lain. Tetapi sebilangan besar reka bentuk tidak selalu.
Sebenarnya, idea untuk mencipta sebarang alat yang dapat dipakai oleh seseorang dan meningkatkan kualiti fizikalnya muncul pada separuh pertama abad yang lalu. Walau bagaimanapun, sehingga masa tertentu ia hanya idea penulis fiksyen ilmiah yang lain. Pembangunan sistem yang praktikal hanya dapat dimulakan pada akhir tahun lima puluhan. General Electric, di bawah naungan tentera AS, melancarkan projek bernama Hardiman. Tugas teknikalnya berani: exoskeleton dari GE seharusnya membolehkan seseorang beroperasi dengan beban yang beratnya hingga satu setengah ribu pound (sekitar 680 kilogram). Sekiranya projek itu berjaya disiapkan, exoskeleton Hardiman akan mempunyai prospek yang besar. Oleh itu, tentera berhasrat menggunakan teknologi baru untuk memudahkan kerja tukang senjata di angkatan udara. Sebagai tambahan, saintis nuklear, pembangun dan wakil dari banyak industri lain "sejajar". Tetapi walaupun sepuluh tahun selepas program dimulakan, jurutera General Electric belum dapat menerjemahkan semua yang disusun menjadi logam. Beberapa prototaip dibina, termasuk lengan mekanikal yang berfungsi. Cakar Hardymen yang besar dihidupkan secara hidraulik dan dapat mengangkat muatan 750 paun (kira-kira 340 kg). Berdasarkan satu "sarung tangan" yang dapat digunakan, adalah mungkin untuk membuat yang kedua. Tetapi para pereka menghadapi masalah lain. "Kaki" mekanikal exoskeleton tidak mahu berfungsi dengan baik. Prototaip Hardiman dengan satu lengan dan dua kaki sokongan beratnya di bawah 750 kilogram, sementara kapasiti reka bentuk maksimum kurang daripada beratnya sendiri. Oleh kerana berat badan ini dan keanehan pemusatan exoskeleton, ketika mengangkat beban, seluruh struktur sering mulai bergetar, yang menyebabkan terbalik beberapa kali. Dengan ironi pahit, para pengarang proyek menyebut fenomena ini sebagai "tarian mekanik St. Vitus". Tidak peduli seberapa keras pereka General Electric berjuang, mereka tidak berjaya mengatasi penjajaran dan getaran. Pada awal tahun 70an, projek Hardiman telah ditutup.
Pada tahun-tahun berikutnya, kerja ke arah exoskeletons menjadi tidak aktif. Dari masa ke masa, pelbagai organisasi mula berurusan dengan mereka, tetapi hampir selalu hasil yang diinginkan tidak diikuti. Pada masa yang sama, tujuan membuat exoskeleton tidak selalu digunakan oleh ketenteraannya. Pada tahun 70-an, pekerja Institut Teknologi Massachusetts, tanpa banyak kejayaan, mengembangkan peralatan kelas ini, yang dirancang untuk pemulihan orang kurang upaya yang mengalami kecederaan sistem muskuloskeletal. Malangnya, pada masa itu, para jurutera juga menyekat pelbagai bahagian saman tersebut. Harus diingat bahawa exoskeleton mempunyai sejumlah ciri khas yang tidak menjadikan penciptaannya sedikit lebih mudah. Oleh itu, peningkatan ketara dalam keupayaan fizikal pengendali manusia memerlukan sumber tenaga yang sesuai. Yang terakhir, seterusnya, meningkatkan dimensi dan berat mati keseluruhan alat. Kerosakan kedua terletak pada interaksi orang dan exoskeleton. Prinsip pengoperasian peralatan tersebut adalah seperti berikut: seseorang melakukan pergerakan dengan lengan atau kakinya. Sensor khas yang berkaitan dengan anggota badannya menerima isyarat ini dan menghantar arahan yang sesuai ke elemen penggerak - mekanisme hidraulik atau elektrik. Bersamaan dengan pengeluaran arahan, sensor yang sama memastikan bahawa pergerakan manipulator sesuai dengan pergerakan pengendali. Selain menyegerakkan amplitud pergerakan, jurutera berhadapan dengan masalah masa. Maksudnya ialah mana-mana mekanik mempunyai masa reaksi tertentu. Oleh itu, ia harus diminimumkan dengan tujuan kemudahan yang mencukupi dalam menggunakan exoskeleton. Dalam kes exoskeleton kecil dan padat, yang kini ditekankan, penyegerakan pergerakan manusia dan mesin mempunyai keutamaan khusus. Oleh kerana exoskeleton padat tidak membenarkan peningkatan permukaan penyokong, dan lain-lain, mekanik yang tidak mempunyai masa untuk bergerak dengan orang itu boleh memberi kesan buruk terhadap penggunaannya. Sebagai contoh, pergerakan "kaki" mekanikal yang tidak tepat waktu boleh menyebabkan fakta bahawa seseorang kehilangan keseimbangan dan jatuh. Dan ini jauh dari semua masalah. Jelas, kaki manusia mempunyai tahap kebebasan yang lebih sedikit daripada tangan, apatah lagi tangan dan jari.
Sejarah terbaru eksoskeleton ketenteraan bermula pada tahun 2000. Kemudian agensi Amerika DARPA memulakan permulaan program EHPA (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons untuk meningkatkan prestasi manusia). Program EHPA adalah sebahagian daripada projek Land Warrior yang lebih besar untuk membuat penampilan askar masa depan. Namun, pada tahun 2007, Land Warrior dibatalkan, tetapi bahagian exoskeletonnya diteruskan. Tujuan projek EHPA adalah untuk mewujudkan apa yang disebut. exoskeleton lengkap, yang merangkumi penguat untuk lengan dan kaki manusia. Pada masa yang sama, tidak diperlukan senjata atau tempahan. Pegawai-pegawai yang bertugas di DARPA dan Pentagon sedar bahawa keadaan semasa dalam bidang exoskeletons tidak membenarkan melengkapkan mereka dengan fungsi tambahan. Oleh itu, terma rujukan untuk program EHPA hanya menyiratkan kemungkinan jangka panjang yang dibawa oleh seorang askar dalam eksoskeleton dengan muatan seberat kira-kira 100 kilogram dan peningkatan kelajuan pergerakannya.
Sacros dan University of Berkeley (AS), serta Sistem Cyberdyne Jepun, menyatakan keinginan mereka untuk turut serta dalam pengembangan teknologi baru. Dua belas tahun telah berlalu sejak permulaan program, dan selama ini komposisi para peserta telah mengalami beberapa perubahan. Sacros kini telah menjadi bagian dari perhatian Raytheon, dan jabatan universiti bernama Berkeley Bionics telah menjadi bahagian Lockheed Martin. Dengan satu cara atau yang lain, kini terdapat tiga exoskeleton prototaip yang dibuat di bawah program EHPA: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL dan Raytheon XOS.
Exoskeleton pertama yang disenaraikan - HULC - tidak memenuhi syarat DARPA sepenuhnya. Faktanya ialah pembinaan 25 kilogram hanya mengandungi sistem sokongan belakang dan "kaki" mekanikal. Sokongan tangan tidak dilaksanakan dalam HULC. Pada masa yang sama, keupayaan fizikal pengendali HULC meningkat kerana fakta bahawa melalui sistem sokongan belakang, sebahagian besar beban pada lengan dipindahkan ke elemen gaya eksoskeleton dan akhirnya "masuk" ke dalam tanah. Berkat sistem yang digunakan, seorang askar dapat membawa muatan hingga 90 kilogram dan pada masa yang sama mengalami muatan yang memenuhi semua piawaian tentera. HULC dikuasakan oleh bateri lithium-ion yang mampu bertahan sehingga lapan jam. Dalam mod ekonomi, seseorang yang menggunakan exoskeleton dapat berjalan dengan kelajuan 4-5 kilometer sejam. Kelajuan maksimum HULC adalah 17-18 km / jam, tetapi cara pengendalian sistem ini secara signifikan mengurangkan masa operasi dari satu cas bateri. Di masa depan, Lockheed Martin berjanji untuk melengkapkan HULC dengan sel bahan bakar, kapasitinya cukup untuk sehari beroperasi. Di samping itu, dalam versi berikutnya, pereka berjanji untuk "robot" tangan, yang akan meningkatkan keupayaan pengguna exoskeleton dengan ketara.
Raytheon setakat ini telah menunjukkan dua exoskeleton yang serupa dengan indeks XOS-1 dan XOS-2. Mereka berbeza dalam parameter berat dan ukuran dan, sebagai hasilnya, dalam sebilangan ciri praktikal. Tidak seperti HULC, keluarga XOS dilengkapi dengan sistem bantuan tangan. Kedua-dua exoskeleton ini dapat mengangkat berat badan sekitar 80-90 kilogram. Perlu diperhatikan bahawa reka bentuk kedua-dua XOS membolehkan anda memasang pelbagai manipulator pada lengan mekanikal. Perlu diperhatikan bahawa XOS-1 dan XOS-2 mempunyai penggunaan kuasa yang signifikan setakat ini. Oleh kerana itu, mereka masih belum autonomi dan memerlukan bekalan kuasa luaran. Oleh itu, kelajuan perjalanan maksimum dan jangka hayat bateri tidak perlu dipersoalkan. Tetapi, menurut Raytheon, keperluan untuk kabel kuasa tidak akan menjadi penghalang penggunaan XOS di gudang atau pangkalan tentera di mana terdapat sumber elektrik yang sesuai.
Sampel ketiga program EHPA adalah Cyberdyne HAL. Hari ini, versi HAL-5 adalah relevan. Exoskeleton ini adalah sebilangan besar campuran dua yang pertama. Seperti HULC, ia boleh digunakan secara bebas - baterinya bertahan selama 2.5-3 jam. Dengan keluarga XOS, pengembangan Cyberdyne Systems disatukan oleh "kelengkapan" reka bentuk: ia merangkumi sistem sokongan untuk kedua-dua lengan dan kaki. Walau bagaimanapun, daya dukung HAL-5 tidak melebihi beberapa puluhan kilogram. Keadaannya serupa dengan kualiti kepantasan perkembangan ini. Kenyataannya adalah bahawa pereka Jepun tidak menumpukan pada penggunaan ketenteraan, tetapi pada pemulihan orang kurang upaya. Jelas sekali, pengguna seperti itu tidak memerlukan kelajuan tinggi atau kapasiti muatan. Oleh itu, jika tentera berminat dengan HAL-5 dalam keadaannya sekarang, mungkin akan membuat exoskeleton baru berdasarkannya, yang diasah untuk penggunaan ketenteraan.
Dari semua pilihan untuk eksoskeleton yang menjanjikan yang diserahkan kepada pertandingan EHPA, hanya HULC yang telah mencapai ujian bersama dengan tentera. Sebilangan ciri projek lain masih tidak membenarkan memulakan ujian lapangan mereka. Pada bulan September, beberapa kit HULC akan dihantar beberapa bahagian untuk mengkaji ciri-ciri exoskeleton dalam keadaan sebenar. Sekiranya semuanya berjalan lancar, pengeluaran berskala besar akan bermula pada tahun 2014-15.
Sementara itu, saintis dan pereka akan mempunyai konsep dan reka bentuk yang lebih baik. Inovasi yang paling dinantikan dalam bidang exoskeletons adalah sarung tangan robot. Manipulator yang ada belum begitu selesa untuk menggunakan alat dan objek serupa yang bertujuan untuk penggunaan manual. Lebih-lebih lagi, penciptaan sarung tangan seperti itu dikaitkan dengan sejumlah kesukaran. Secara umum, ia serupa dengan pemasangan exoskeleton lain, tetapi dalam kes ini, masalah penyegerakan diperburuk oleh sebilangan besar elemen mekanik, ciri pergerakan tangan manusia, dll. Langkah seterusnya dalam pengembangan exoskeleton adalah penciptaan antara muka neuroelektronik. Kini pergerakan mekanik dikawal oleh sensor dan servo drive. Lebih senang bagi jurutera dan saintis adalah penggunaan sistem kawalan dengan elektrod yang menghilangkan impuls saraf manusia. Antara lain, sistem seperti itu akan mengurangkan masa reaksi mekanisme dan, sebagai hasilnya, meningkatkan kecekapan keseluruhan exoskeleton.
Berkenaan dengan penerapan praktikal, selama setengah abad yang lalu, pandangan mengenainya hampir tidak berubah. Tentera masih dianggap sebagai pengguna utama sistem yang menjanjikan. Mereka dapat menggunakan exoskeleton untuk operasi memuat dan memunggah, menyiapkan peluru, dan sebagai tambahan, dalam situasi pertempuran, untuk meningkatkan kemampuan para pejuang. Harus diingat bahawa daya tahan eksoskeleton akan berguna bukan hanya untuk tentera. Penggunaan teknologi yang meluas yang membolehkan seseorang meningkatkan keupayaan fizikalnya secara signifikan dapat mengubah wajah semua logistik dan pengangkutan kargo. Sebagai contoh, masa untuk memuatkan kapal selam kargo tanpa adanya forklift akan berkurang puluhan peratus, yang akan meningkatkan kecekapan keseluruhan sistem pengangkutan. Akhirnya, exoskeleton yang dikendalikan saraf akan membantu orang kurang upaya menyokong orang untuk menjalani kehidupan yang penuh lagi. Lebih-lebih lagi, harapan besar disematkan pada antara muka neuroelektronik: sekiranya berlaku kecederaan tulang belakang, dll. Semasa cedera, isyarat dari otak mungkin tidak sampai ke kawasan tertentu badan. Sekiranya kita "memintas" mereka ke kawasan saraf yang rosak dan menghantarnya ke sistem kawalan exoskeleton, orang itu tidak lagi akan dikurung di kerusi roda atau tempat tidur. Oleh itu, perkembangan ketenteraan sekali lagi dapat memperbaiki kehidupan bukan sahaja tentera. Buat masa ini, dengan membuat rancangan besar, anda harus ingat mengenai operasi percubaan exoskeleton Lockheed Martin HULC, yang akan bermula hanya pada musim gugur. Berdasarkan hasilnya, dapat menilai prospek keseluruhan industri dan minat terhadapnya dari pengguna berpotensi.
