Текст уведомления здесь

Мечта о Железном человеке

Экзоскелеты: от простейших протезов до суперсложной брони и обратно

История экзоскелетов напоминает путь от попыток создать «усилитель человека», с которым люди могли бы поднимать тяжести, до доспехов, которые превращают человека в супермена и управляются силой мысли. А потом все вновь возвращается к первоначальной идее. «Чердак» вспоминает о том, как эта история развивалась.
Добавить в закладки
Комментарии

В 1963 году компания Marvel выпустила первый комикс с Железным человеком.

Его высокотехнологичная версия воинских доспехов стала, наверное, самым известным экзоскелетом, а суперспособности Тони Старка не дают покоя изобретателям. Например, британцу Ричарду Браунингу, который основал стартап Gravity Industries. Недавно он попал в Книгу рекордов Гиннеса, развив максимальную скорость 51,53 км/ч в созданном им костюме с реактивными двигателями.

Однако еще до Marvel идея объединить возможности человека и робота всерьез рассматривалась в Пентагоне, где в 1961 году проводился конкурс предложений по созданию «солдата с сервоприводом», который бы двигался быстрее и мог поднимать более тяжелые предметы, чем человек способен без дополнительных приспособлений.

Одновременно над созданием экзоскелета-«человекоусилителя» работали инженеры лаборатории аэронавтики Корнеллского университета, в частности Нейл Мицен (Neil Mizen). Экзоскелет должен был иметь сочленения с сервомоторами там, где находятся суставы у человека, так чтобы не стеснять естественных движений носителя. Питать конструкцию должен был двигатель внутреннего сгорания, который крепился бы на спину.

Мицен и его коллеги сделали и протестировали конструкцию экзоскелета, но до электрифицированной версии дело не дошло. Экзоскелет с моторами позже разработали инженеры компании General Electrics, проект назывался Hardiman.

Целиком конструкция должна была выглядеть так. Иллюстрация: патент на экзоскелет Брюса Фика из General Electrics

Целиком конструкция должна была выглядеть так. Иллюстрация: патент на экзоскелет Брюса Фика из General Electrics

Предполагалось, что в таком экзоскелете, поднимая груз весом в 25 килограммов, человек будет ощущать его так, будто он весит всего 1 килограмм. При этом сама конструкция весила почти 700 килограммов.

Hardiman состоял из двух экзоскелетов: управляющего, который крепился к телу оператора, и подчиненного, который использовался собственно для поднятия тяжестей. В 1969 году разработчики успешно сделали руку экзоскелета.

В 1970-м — его нижнюю часть, однако в рамках контракта, который закончился в этом же году, им не удалось отладить конструкцию так, чтобы в ней можно было ходить.

До практического применения Hardiman дело не дошло, зато идея попала в фильм «Сидящие в засаде».

В 1980-х Джеффри Мур из Лос-Аламосской национальной лаборатории придумал экзоскелет Pitman для военного применения. Многослойная броня должна была защитить пехотинца от пуль, радиации, биологического и химического оружия, а самой сложной частью было управление — Мур предполагал, что для этого можно использовать магнитные поля, которые возникают при прохождении электрических сигналов в мозге и которые можно зарегистрировать снаружи черепа. В американской армии заинтересовались разработкой Мура, но развития она не получила.

Тем не менее с 1990-х Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) пыталось и пытается разрабатывать экзоскелеты в духе Железного человека. Дело доходило даже до экспериментальных образцов, таких как HULC и XOS, но пока все они были слишком громоздкими для практического применения.

Текущий проект называется TALOS, предполагается, что опытный образец будет готов в конце 2018 года. Несмотря на то что в разработке принимает участие компания Legacy Effects — та самая, которая создала костюм Железного человека для кино, — возможность создания полного экзоскелета, который превратил бы человека в супермена, остается под вопросом. Например, бывший американский сенатор Том Коберн включил проект TALOS в свою ежегодную «Книгу бессмысленных трат» в 2014 году.

Однако в реальной жизни экзоскелеты уже применяются. Просто они решают более простые задачи: помогают грузчикам поднимать тяжести, а инвалидам — ходить. В России этим занимается компания «Экзоатлет». Правда, экзоскелеты для парализованных людей стоят дорого: «Экзоатлет» — 1,5 миллиона рублей, зарубежные разработки — десятки тысяч долларов.

Наконец, в своем самом простом варианте экзоскелет — это просто механическая конструкция без всяких сенсоров и моторов, которая перераспределяет вес, поднимаемый человеком. Такую штуку, например, разработала компания Ford для своих работников. При сборке автомобилей работникам фабрик часто нужно подолгу стоять под машиной и держать инструмент над головой — разработанный для них экзоскелет крепится к поясу и уменьшает нагрузку на спину и плечи.

Это, конечно, далеко не доспехи Железного человека, но в таком максимально упрощенном и дешевом варианте экзоскелеты, по всей видимости, получат наибольшее распространение. По крайней мере до тех пор, пока люди не отдадут роботам всю физическую работу.

«Создание систем протезирования (Нейротехнологии)» — один из профилей Олимпиады НТИ для школьников.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Сделай сам — ты в XXI веке

Что такое фаблаб и что в нем можно сделать

Фаблабы (от fabrication laboratory) — лаборатории цифрового производства — появились в Массачусетском технологическом институте, где директор Центра частиц и атомов Нил Гершенфельд придумал пустить людей без технического образования в мастерскую с современными станками и посмотреть, что они сделают. Сейчас фаблабы есть по всему миру. Несколько лет назад они пришли и в Россию, где наиболее крупные из них — «Фаблаб Политех» и лаборатория при МИСиС. «Чердак» поговорил с сотрудником питерского фаблаба Константином Томилиным о том, что можно делать в такой лаборатории.
Добавить в закладки
Комментарии

 — Чем фаблаб отличается от условной мастерской у дедушки в гараже?

— Идея фаблабов действительно отчасти пошла от таких «дедушкиных гаражей». Однако чтобы называться фаблабом, лаборатории необходимо установить определенное достаточно дорогое оборудование, например фрезерные ЧПУ-станки и 3D-принтеры.

3D-принтер. Фото: «Фаблаб Политех»
3D-принтер. Фото: «Фаблаб Политех»

Такое оборудование открывает совершенно новые возможности для промышленного дизайна. Условно говоря, чтобы уменьшить вес крыла самолета, можно делать его из облегченного алюминия, а можно напечатать на 3D-принтере из пластика и углеродного волокна крыло, которое благодаря необычным внутренней структуре и форме будет таким же прочным, как и алюминиевое, только легче и дешевле. [ ... ]

Читать полностью

«Было бы интересно сделать скафандр для погружения в Марианскую впадину»

Интервью с научным руководителем проекта по созданию системы самостоятельного жидкостного дыхания

Наглядная демонстрация российской разработки жидкостного дыхания всколыхнула интернет и соцсети. Часть аудитории возмущается негуманным «утоплением» таксы, а другая часть считает, что публику обманули, выдав кратковременное погружение на задержке дыхания за несуществующую технологию. Но на самом деле жидкостное дыхание — реальная разработка. «Чердак» поговорил с научным руководителем советского проекта и главным российским разработчиком системы самостоятельного жидкостного дыхания Андреем Филиппенко.
Добавить в закладки
Комментарии

— Как и когда начались исследования в области жидкостного дыхания?

— Исторически интерес возник еще в начале ХХ века. Тогда медики использовали солевой раствор, чтобы понять, насколько растяжимы легкие человека. Сегодня наполнение легких физиологическим раствором изучают студенты в курсе медицины. Но, конечно, это имеет мало отношения к жидкостному дыханию. По-настоящему все началось с 1962 года, когда Иоганн Килстра и его коллеги из Лейденского университета и голландского военно-морского флота опубликовали в журнале ASAIO (American Society of Artificial Internal Organs) Journal знаменитую статью «Мыши как рыбы» (Of mice as fish). В их эксперименте мыши, погруженные в буферный солевой раствор, дышали на протяжении 18 часов, извлекая кислород из жидкости с помощью легких. Правда, тут есть одна важная деталь. Вода при обычном атмосферном давлении и нормальной температуре способна растворить около 3% кислорода по объему, и этого хватает рыбам, но не млекопитающим, которые привыкли к содержанию кислорода около 20% (то есть парциальное давление кислорода составляет 0,2 атм). Мыши находились под давлением в восемь атмосфер, поэтому кислорода им вполне хватало (при большем давлении можно даже не полностью насыщать раствор кислородом). Правда, возврат обратно к дыханию воздухом оказался проблемой — мыши при этом гибли, но именно эта работа дала серьезный толчок научным исследованиям в этой области.

Андрей Филипенко. Фото: Егор Быковский

Андрей Филипенко. Фото: Егор Быковский

…те, кто говорит: «Дышать солевым раствором нельзя — он смывает сурфактанты!» — в общем-то, совершенно правы.

[ ... ]
Читать полностью

Умные стали

С чего начались умные дома и много ли от них теперь пользы

Мечты о доме, в котором техника делает всю бытовую работу за человека, постепенно становятся действительностью. Сначала стиральные машины и пылесосы перестали быть непозволительной роскошью, за ними пришли компьютеры, а теперь и подавно — везде «умные» девайсы, смартфоны и Wi-Fi. «Чердак» покопался в истории, чтобы выяснить, с чего все начиналось, а Дарья Бай из Томского политехнического университета, эксперт Олимпиады НТИ по профилю «Электронная инженерия: умный дом», рассказала, что «умного» можно сделать в доме своими руками.
Добавить в закладки
Комментарии

Автоматизация домашнего быта началась еще сто лет назад, когда в начале XX века появились первые пылесосы, холодильники, стиральные машины и прочие приборы для домашнего использования. Еще примерно через полвека начались первые попытки соединить домашнюю технику с компьютером.

«Поначалу я думала, что он может меня заменить!»

«После всех этих мультфильмов и шуток про компьютеры, какое еще впечатление может сложиться в наше время у домохозяйки, если она внезапно обнаружит один из них у себя дома?» — так описывала свои впечатления в 1967 году Рут Сюзерланд (Ruth Sutherland), жена Джима Сюзерланда, инженера компании Westinghouse Electric.

В середине 1960-х в их семье появился первый домашний компьютер. Звучит не очень правдоподобно, учитывая, что первые персональные компьютеры появились в 70-х, а до этого они были огромными, дорогими машинами, которые занимали целые комнаты и встречались лишь в организациях типа университетов или больших корпораций. Таким и был компьютер Сюзерландов, который располагался в подвале их дома. Джим Сюзерланд занимался разработкой систем управления для энергостанций. В 1965 году его компания решила списать одну из своих машин, и Джим попросил разрешения забрать четыре шкафа весом 360 килограммов к себе домой. [ ... ]

Читать полностью