Eksoskeleton

Senajan liyane lan liyane wis krungu bab exoskeletons akhir-akhir iki, dadi metu sing sajarah penemuan iki bali menyang abad XIX. Temokake kepiye owah-owahan sajrone pirang-pirang dekade lan kepiye owah-owahan ing evolusi kasebut. 

1. Ilustrasi saka paten Nikolai Yagn

1890 - Gagasan inovatif pisanan kanggo nggawe exoskeleton tanggal bali menyang abad kaping 1890. Ing taun 420179, Nicholas Yagn paten ing Amerika Serikat (paten No. US XNUMX A) "A piranti kanggo nggampangake lumampah, mlaku lan mlumpat" (1). Iki minangka waja sing digawe saka kayu, sing tujuane kanggo nambah kacepetan prajurit nalika mlaku-mlaku kanthi pirang-pirang kilometer. Desain kasebut dadi sumber inspirasi kanggo nggoleki solusi sing optimal.

1961 - Ing taun 60-an, General Electric, bebarengan karo klompok ilmuwan saka Universitas Comell, wiwit kerja ing nggawe setelan elektro-hidrolik sing ndhukung olahraga manungsa. Kolaborasi karo militer ing proyek Man Augmentation nyebabake pangembangan Hardiman (2). Tujuan proyek kasebut yaiku nggawe setelan sing niru obahe alam manungsa, ngidini dheweke bisa ngangkat barang sing bobote meh 700 kg. Kostum kasebut bobote padha, nanging bobote mung 20 kg.

2. Umum Electric prototipe penukar panas

Senadyan sukses proyek kasebut, ternyata kegunaane bisa diabaikan, lan salinan awal bakal larang. Opsi mobilitas sing winates lan sistem tenaga sing kompleks pungkasane nggawe piranti kasebut ora bisa digunakake. Sajrone tes, ternyata Hardiman mung bisa ngangkat 350 kg, lan kanthi nggunakake sing dawa, cenderung mbebayani, gerakan sing ora terkoordinasi. Saka pangembangan prototipe luwih, mung siji lengen ditinggalake - piranti kasebut bobote kira-kira 250 kg, nanging mung ora praktis minangka exoskeleton sadurunge.

Taun 70-an "Amarga masalah ukuran, bobot, ketidakstabilan, lan kekuwatane, Hardiman ora nate produksi, nanging Man-Mate industri nggunakake sawetara teknologi wiwit taun 60-an. Hak kanggo teknologi kasebut dituku dening Western Space and Marine, sing didegake dening salah sawijining insinyur GE. Produk kasebut wis dikembangake lan saiki ana ing bentuk lengen robot gedhe sing bisa ngangkat nganti 4500 kg kanthi nggunakake umpan balik gaya, saengga cocog kanggo industri baja.

3. Exoskeletons dibangun ing Mihailo Pupin Institute ing Serbia.

1972 - Exoskeletons aktif awal lan robot humanoid dikembangake ing Institut Mihailo Pupin ing Serbia dening klompok sing dipimpin dening prof. Miomir Vukobratovich. Kaping pisanan, sistem gerakan sikil wis dikembangake kanggo ndhukung rehabilitasi wong sing nandhang paraplegia (3). Nalika ngembangake exoskeletons aktif, institut kasebut uga ngembangake cara kanggo nganalisa lan ngontrol gait manungsa. Sawetara kemajuan iki wis nyumbang kanggo pangembangan robot humanoid kinerja dhuwur saiki. Ing taun 1972, exoskeleton pneumatik aktif kanthi program elektronik kanggo paralisis ekstremitas ngisor dites ing klinik ortopedi ing Beograd.

1985 "Sawijining insinyur ing Laboratorium Nasional Los Alamos mbangun exoskeleton sing diarani Pitman, armor daya kanggo infantri. Kontrol piranti kasebut adhedhasar sensor sing mindai permukaan tengkorak, diselehake ing helm khusus. Amarga kemampuan teknologi ing wektu kasebut, desain kasebut rumit banget kanggo diproduksi. Watesan utamane yaiku kekuwatan komputasi sing ora cukup kanggo komputer. Kajaba iku, ngolah sinyal otak lan ngowahi dadi gerakan exoskeleton tetep sacara teknis ora bisa ditindakake nalika iku.

4. Exoskeleton Lifesuit, dirancang dening Monty Reed.

1986 - Monty Reed, prajurit Angkatan Darat AS sing patah tulang punggung nalika skydiving, ngembangake setelan eksoskeleton kanggo urip (4). Dheweke diilhami dening deskripsi setelan infantri seluler ing novel fiksi ilmiah Robert Heinlein Starship Troopers, sing diwaca nalika pulih ing rumah sakit. Nanging, Reed ora miwiti nggarap piranti nganti 2001. Ing taun 2005, dheweke nyoba setelan penyelamat prototipe 4,8 ing lomba St. Patrick's Day ing Seattle, Washington. Pangembang ngaku wis nyetel rekor kacepetan lumampah ing setelan robot, nutupi 4 kilometer ing kacepetan rata-rata 14 km / h. Prototipe Lifesuit 1,6 bisa mbukak 92 km kanthi kebak lan diijini ngangkat XNUMX kg.

1990-saiki - Prototipe pisanan saka exoskeleton HAL diusulake dening Yoshiyuki Sankai (5), prof. Universitas Tsukuba. Sankai ngenteni telung taun - saka 1990 nganti 1993 - ngenali neuron sing ngontrol gerakan sikil. Dheweke lan tim butuh patang taun maneh kanggo nggawe prototipe peralatan kasebut. Prototipe HAL katelu, dikembangake ing awal abad kaping 22, disambungake menyang komputer. Baterei dhewe bobote meh 5 kg, sing ndadekake banget ora praktis. Ing kontras, model mengko HAL-10 bobot mung 5 kg lan wis baterei lan komputer kontrol kebungkus ing pinggul pangguna. HAL-XNUMX saiki minangka exoskeleton medis papat (sanajan versi mung ngisor mung kasedhiya) sing diprodhuksi dening perusahaan Jepang Cyberdyne Inc. kanthi kolaborasi karo Universitas Tsukuba.

5. Profesor Yoshiyuki Sankai nampilake salah sawijining model eksoskeleton.

Kerjane kira-kira 2 jam 40 menit ing njero ruangan lan ing njaba ruangan. Mbantu kanggo ngangkat barang abot. Lokasi kontrol lan drive ing kontaner ing kasus iki bisa kanggo njaluk nyisihaken saka "ransel" supaya karakteristik paling exoskeletons, kadhangkala resembling serangga gedhe. Wong sing nandhang hipertensi, osteoporosis, lan kondisi jantung apa wae kudu takon karo dokter sadurunge nggunakake HAL, lan kontraindikasi kalebu, nanging ora diwatesi, alat pacu jantung lan meteng. Minangka bagéan saka program HAL FIT, pabrikan nawakake kemungkinan nggunakake sesi perawatan kanthi exoskeleton kanggo wong sing lara lan sehat. Desainer HAL nyatakake yen tahap upgrade sabanjure bakal fokus ing nggawe setelan tipis sing bakal ngidini pangguna bisa mindhah kanthi bebas lan malah mlaku. 

2000 - prof. Homayoun Kazeruni lan tim ing Ekso Bionics ngembangake Universal Human Cargo Carrier, utawa HULC (6) yaiku exoskeleton nirkabel kanthi drive hidrolik. Tujuane kanggo mbantu prajurit perang nggawa beban sing bobote nganti 90 kg nganti suwe, kanthi kacepetan maksimal 16 km / jam. Sistem iki dibukak kanggo umum ing Simposium Musim Dingin AUSA tanggal 26 Februari 2009, nalika persetujuan lisensi ditindakake karo Lockheed Martin. Bahan dominan sing digunakake ing desain iki yaiku titanium, bahan sing entheng nanging relatif larang kanthi sifat mekanik lan kekuatan sing dhuwur.

Exoskeleton dilengkapi cangkir nyedhot sing ngidini sampeyan nggawa barang sing bobote nganti 68 kg (alat angkat). Daya diwenehake saka papat baterei lithium-polymer, sing njamin operasi normal piranti ing beban optimal nganti 20 jam. Exoskeleton diuji ing macem-macem kahanan pertempuran lan kanthi macem-macem beban. Sawise pirang-pirang eksperimen sing sukses ing musim gugur 2012, dheweke dikirim menyang Afghanistan, ing ngendi dheweke diuji sajrone konflik bersenjata. Senadyan akeh review positif, proyek iki ditahan. Ternyata, desain digawe angel kanggo nindakake gerakan tartamtu lan nambah beban ing otot, sing mbantah gagasan umum babagan nggawe.

2001 - Proyek Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX), sing asline ditujokake kanggo tentara, lagi ditindakake. Ing kerangka kerjane, asil sing janjeni wis digayuh ing bentuk solusi otonom sing penting praktis. Kaping pisanan, piranti robot digawe, dipasang ing awak ngisor kanggo menehi kekuatan ekstra sikil. Peralatan kasebut didanai dening Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) lan dikembangake dening Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory, divisi saka Universitas California, Departemen Teknik Mesin Berkeley. Sistem exoskeleton Berkeley menehi prajurit kemampuan kanggo nindakake muatan gedhe kanthi minimal gaweyan lan ing sembarang jenis terrain, kayata pangan, peralatan ngluwari, kit sepindah, komunikasi lan gaman. Saliyane aplikasi militer, BLEEX saiki ngembangake proyek sipil. Laboratorium Robotika lan Teknik Manungsa saiki nyelidiki solusi ing ngisor iki: ExoHiker - exoskeleton sing dirancang utamane kanggo anggota ekspedisi ing ngendi ana perlu kanggo ngangkut peralatan abot, ExoClimber - peralatan kanggo wong sing menek bukit dhuwur, Medical Exoskeleton - exoskeleton kanggo wong cacat. kabisan fisik. kelainan mobilitas ekstremitas ngisor.

8. Prototipe Sarcos XOS 2 ing tumindak

teks

2010 - XOS 2 katon (8) minangka tutugan saka exoskeleton XOS saka Sarcos. Kaping pisanan, desain anyar wis dadi luwih entheng lan dipercaya, ngidini sampeyan ngangkat beban kanthi bobot nganti 90 kg kanthi statis. Piranti kasebut meh padha karo cyborg. Kontrol kasebut adhedhasar telung puluh aktuator sing tumindak kaya sendi buatan. Exoskeleton ngemot sawetara sensor sing ngirim sinyal menyang aktuator liwat komputer. Kanthi cara iki, operasi lancar lan terus-terusan ditindakake, lan pangguna ora ngrasakake gaweyan sing signifikan. Bobot XOS yaiku 68 kg.

2011-saiki - Administrasi Pangan lan Obat AS (FDA) nyetujoni eksoskeleton medis ReWalk (9). Iki minangka sistem sing nggunakake unsur kekuatan kanggo nguatake sikil lan ngidini wong lumpuh bisa ngadeg kanthi lurus, mlaku lan munggah tangga. Energi diwenehake dening baterei tas ransel. Kontrol kasebut ditindakake kanthi nggunakake remot kontrol tangan sing prasaja sing ndeteksi lan mbenerake obahe pangguna. Kabeh iki dirancang dening Amit Goffer saka Israel lan didol dening ReWalk Robotics Ltd (asline Argo Medical Technologies) kanthi rega sekitar PLN 85. dolar.

9 Wong Walk In ReWalk Exoskeletons

Ing wektu rilis, peralatan kasebut kasedhiya ing rong versi - ReWalk I lan ReWalk P. Sing pisanan digunakake dening institusi medis kanggo tujuan riset utawa terapi ing sangisore pengawasan profesional medis. ReWalk P dimaksudake kanggo panggunaan pribadi dening pasien ing omah utawa ing papan umum. Ing Januari 2013, versi nganyari ReWalk Rehabilitation 2.0 dirilis. Iki nambah pas kanggo wong sing luwih dhuwur lan nambah piranti lunak kontrol. ReWalk mbutuhake pangguna nggunakake kruk. Penyakit kardiovaskular lan fragility balung kasebut minangka kontraindikasi. Watesan kasebut uga tuwuh, sajrone 1,6-1,9 m, lan bobot awak nganti 100 kg. Iki mung exoskeleton sing bisa nyopir mobil.

10. Ex Bionics eLEGS

2012 Ekso Bionics, biyen dikenal minangka Berkeley Bionics, mbukak exoskeleton medis. Proyek kasebut diwiwiti rong taun sadurunge kanthi jeneng eLEGS (10), lan ditujokake kanggo rehabilitasi wong-wong sing duwe tingkat lumpuh sing beda-beda. Kaya ReWalk, konstruksi kasebut mbutuhake kruk. Baterei nyedhiyakake energi kanggo paling sethithik enem jam panggunaan. Set Exo regane udakara 100 ewu. dolar. Ing Polandia, proyek exoskeleton Ekso GT, piranti medis sing dirancang kanggo nggarap pasien neurologis, dikenal. Desaine ngidini mlaku-mlaku, kalebu wong sawise stroke, ciloko sumsum tulang belakang, pasien sing duwe multiple sclerosis utawa sindrom Guillain-Barré. Peralatan kasebut bisa digunakake ing pirang-pirang mode, gumantung saka tingkat disfungsi pasien.

2013 - Mindwalker, proyek exoskeleton sing dikontrol pikiran, entuk dana saka Uni Eropa. Desain kasebut minangka asil kolaborasi antarane ilmuwan saka Universitas Bebas Brussels lan Yayasan Santa Lucia ing Italia. Peneliti nyoba macem-macem cara kanggo ngontrol piranti - padha percaya yen antarmuka otak-neuro-komputer (BNCI) paling apik, sing ngidini sampeyan ngontrol kanthi pikirane. Sinyal ngliwati otak lan komputer, ngliwati sumsum tulang belakang. Mindwalker ngowahi sinyal EMG, yaiku, potensial cilik (disebut myopotentials) sing katon ing permukaan kulit nalika otot digunakake, dadi perintah gerakan elektronik. Exoskeleton cukup entheng, bobote mung 30 kg tanpa baterei. Bakal ndhukung wong diwasa sing bobote nganti 100 kg.

2016 - Universitas Teknik ETH ing Zurich, Swiss, dadi tuan rumah kompetisi olahraga Cybathlon pisanan kanggo wong sing ora duwe kabisan nggunakake robot bantu. Salah sawijining disiplin yaiku balapan exoskeleton ing dalan alangan kanggo wong lumpuh ekstremitas ngisor. Ing demonstrasi katrampilan lan teknologi iki, pangguna eksoskeleton kudu nindakake tugas kayata lungguh ing kursi lan tangi, mlaku ing lereng, injak watu (kaya nalika nyabrang kali gunung sing cethek), lan munggah tangga. Pranyata ora ana sing bisa nguwasani kabeh latihan, lan butuh tim paling cepet luwih saka 50 menit kanggo ngrampungake lintasan alangan 8 meter. Acara sabanjure bakal ditindakake ing taun 2020 minangka indikator pangembangan teknologi eksoskeleton.

2019 - Sajrone demonstrasi musim panas ing Pusat Latihan Komando ing Lympston, Inggris, Richard Browning, penemu lan CEO Gravity Industries, nuduhake setelan jet eksoskeleton Daedalus Mark 1, sing nggawe kesan gedhe ing militer, lan ora mung Inggris. Enem mesin jet cilik - loro dipasang ing mburi lan loro ing bentuk pasangan tambahan ing saben lengen - ngidini sampeyan munggah ing dhuwur nganti 600 m. Nganti saiki, bahan bakar mung cukup kanggo 10 menit. penerbangan...