Bionic Human: Η τεχνολογία Exoskeleton επαναπροσδιορίζει τα όρια

Διαφήμιση

Σε Ακρη του αύριο, μια κριτική ταινία επιστημονικής φαντασίας που κυκλοφόρησε αυτό το καλοκαίρι, οι στρατιώτες πολεμούν τους εξωγήινους με εξωσκελετούς που ενισχύουν τη δύναμη, την ταχύτητα και την ευκινησία τους. Στην ασημένια οθόνη, παράλληλα με εκρήξεις και άλλους παγκόσμιους εχθρούς, οι ιδέες μοιάζουν με μια εφεύρεση του Χόλιγουντ - αλλά είναι πιο κοντά στην πραγματικότητα από ό, τι νομίζατε.

Η έρευνα του Exoskeleton βρίσκεται σε εξέλιξη για πάνω από έναν αιώνα, με αποτέλεσμα έναν αριθμό βιώσιμων πρωτοτύπων. Παραδόξως, ωστόσο, εστιάζουν λιγότερο στη σούπερ ανθρώπινη δύναμη και περισσότερο στη βελτίωση της αντοχής και της ποιότητας ζωής. Βλέπουν ερευνητές στο πεδίο το μέλλον 4 Τεχνολογίες που θα μπορούσαν να αλλάξουν τον κόσμοΑυτή τη στιγμή είναι μια τόσο συναρπαστική στιγμή για να ζήσεις, καθώς η επιστήμη και η τεχνολογία πλήττουν την ανθρωπότητα προς τα εμπρός με τόσο απίστευτα ποσοστά. Ποιος θα πίστευε πριν από δέκα χρόνια ότι θα έχουμε πρόσβαση με ένα άγγιγμα σε όλους ... Διαβάστε περισσότερα ως μαραθώνιο αντί για σπριντ.

Exo-Ιστορία

Έχουν εμφανιστεί ανθρώπινοι εξωσκελετοί ιστορίες επιστημονικής φαντασίας sαπό τη δεκαετία του 1950, αλλά ο πρώτος πραγματικός εξωσκελετός εφευρέθηκε πάνω από μισό αιώνα νωρίτερα από τον Ρώσο εφευρέτη Νικόλαο Γιανγκ. Παρά τη χώρα διαμονής του, αποφάσισε να υποβάλει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στο Γραφείο Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας των Ηνωμένων Πολιτειών το 1890. Περιέγραψε την εφεύρεσή του ως:

[…] Μια σειρά ελατηρίων προσαρμοσμένων για να στηρίζουν το βάρος ολόκληρου του σώματος και να αποθηκεύουν και να συσσωρεύουν το δύναμη που ασκείται έτσι, μαζί με τη δύναμη που ασκείται από την ορμή αυτού του νεκρού βάρους όταν βρίσκεται μέσα κίνηση. - Nicholas Yagn, εφευρέτης

Ο εξωσκελετός του χρησιμοποίησε επίσης «συσσωρευτές συμπιεσμένου ρευστού» για την αποθήκευση ενέργειας. Σύμφωνα με τον Νικόλαο, η εφεύρεσή του έδωσε στους χρήστες καλύτερη κινητικότητα και μείωσε την πίεση του να τρέχει και να πηδά στο σώμα. Συγγνώμη, ανεμιστήρες ατμού αυτό δεν ήταν μηχανισμός θανάτου που βασίζεται σε γρανάζια.

Ο πρώτος εξωσκελετός που ονομάζεται Hardiman, αναπτύχθηκε από την General Electric στα τέλη της δεκαετίας του 1960. Μαζικό και βίαιο, το κοστούμι έμοιαζε πολύ με τα τεράστια κοστούμια μάχης που οραματίστηκαν οι συγγραφείς της επιστημονικής φαντασίας. Σχεδιάστηκε για να ενισχύσει ουσιαστικά τη δύναμη του χρήστη, αλλά οι εφευρέτες του ποτέ δεν έκαναν εντελώς τις απαιτήσεις ελέγχου και ισχύος. Όπως αναφέρεται στην τελική έκθεση του έργου:

Το πρόβλημα διεπαφής ανθρώπου-μηχανής στο πρωτότυπο Hardiman I ήταν σοβαρό. Το υψηλό κέρδος ισχύος, η πολυπλοκότητα του συστήματος πολλαπλών αρθρώσεων και η στενή σύνδεση του ανθρώπου και της μηχανής επέβαλαν πολλούς σχεδιαστικούς περιορισμούς και έκαναν μεγάλες απαιτήσεις στην υπάρχουσα τεχνολογία.

Η αποτυχία του Hardiman έδειξε την ακραία δυσκολία ανάπτυξης ενός εξωσκελετού με την τεχνολογία αυτής της εποχής. Μια άλλη προσπάθεια δεν έγινε μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1990, όταν ερευνητές στο Kawasaki άρχισαν να εργάζονται στο Power Assist Suit [Broken URL Removed], ένα εξωσκελετό που έχει σχεδιαστεί για να βοηθά τους επαγγελματίες του ιατρικού τομέα να μετακινούνται ακίνητοι ασθενείς.

Μια έκρηξη νέας ανάπτυξης συνέβη μετά τα τέλη του αιώνα. Η ιαπωνική εταιρεία Cyberdyne παρουσίασε την έννοια του εξωσκελετού HAL-3, ο Μπέρκλεϋ ανέπτυξε έναν εξωσκελετό κάτω σώματος που ονομάζεται Bleex για να βοηθήσει τους στρατιώτες να μεταφέρουν βαριά φορτία σε μεγάλες αποστάσεις, και η Honda έχει δημιουργήσει ένα ζευγάρι εξωσκελετών κάτω αμαξώματος σχεδιασμένα για μερικώς κινητούς ανθρώπους που διαφορετικά θα χρειαζόταν ζαχαροκάλαμο ή πεζοπορία.

Ενεργοποίηση

Το αποτυχημένο έργο Hardiman είναι το είδος του κοστούμι που οι περισσότεροι άνθρωποι σκέφτονται όταν τους λένε να φανταστούν έναν εξωσκελετό. Πολλοί από εμάς θυμούνται εικόνες από τη μυθοπλασία, όπως το περίφημο εξωσκελετό που πιλότισε ο Sigourney Weaver (ή μάλλον, ο κόλπος κρυμμένος πίσω της) Αλλοδαποί.

Ένα τεράστιο εξωσκελετό μπορεί σίγουρα να εντυπωσιάσει το κοινό, αλλά η πρακτική του χρήση είναι περιορισμένη. Οι μπαταρίες εξακολουθούν να μην έχουν την αντοχή που απαιτείται για να τροφοδοτήσουν ένα τεράστιο μηχάνημα για μεγάλα χρονικά διαστήματα και ένα μεγάλο εξωσκελετό δεν κάνει πολλά περονοφόρα ανυψωτικά, γερανός ή άλλο όχημα που δεν μπορεί να επιτύχει ήδη. Οι σύγχρονοι εξωσκελετοί επικεντρώνονται στην ενίσχυση των ανθρώπων με πρακτικούς τρόπους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν καθημερινά σε μια ποικιλία καταστάσεων.

Ένα από τα πιο πρόσφατα σχέδια είναι το Human Universal Load Carrier, ή το HULC, ένα στρατιωτικό εξωσκελετό που σχεδιάστηκε από την Lockheed-Martin για να ενισχύσει σημαντικά τις φυσικές δυνατότητες των στρατιωτών. Η βασική ιδέα, όπως δηλώνεται από τον διαχειριστή προγράμματος Jim Ni και περιγράφεται λεπτομερώς σε δελτίο τύπου της εταιρείας, αυξάνει την αντοχή και τη δύναμη ενώ μειώνει επίσης τον κίνδυνο τραυματισμού.

Το [HULC] επιτρέπει στους στρατιώτες να κάνουν πράγματα που δεν μπορούν να κάνουν σήμερα, ενώ βοηθούν στην προστασία τους από μυοσκελετικούς τραυματισμούς. - Jim Ni, διαχειριστής προγράμματος HULC

Αυτό δεν ακούγεται πολύ διαφορετικό από τα οφέλη που ο Νίκολας Γιάγκν ισχυρίστηκε για τον εξωσκελετό του πριν από έναν αιώνα, αλλά η σύγχρονη τεχνολογία σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν να συνειδητοποιήσουν καλύτερα την ιδέα. Το HULC μπορεί να βοηθήσει τους πωλητές να μεταφέρουν φορτία έως 200 κιλά σε διάφορα εδάφη, ελαχιστοποιώντας ταυτόχρονα τον κίνδυνο τραυματισμών που θα μπορούσαν να επιβραδύνουν έναν στρατιώτη στο πεδίο. Οι μπαταρίες τροφοδοτούν τον εξωσκελετό, που ζυγίζει πάνω από πενήντα κιλά και η διάρκεια ζωής μπορεί να επεκταθεί έως και 72 ώρες με ειδικό εξοπλισμό.

Αλλά η Lockheed-Martin δεν είναι η μόνη εταιρεία σε αυτόν τον τομέα. Ο Raytheon πέρασε τα τελευταία οκτώ χρόνια αναπτύσσοντας το XOS, το οποίο ελπίζει να διαδραματίσει τον ίδιο ρόλο με το HULC. Σε αντίθεση με τον ανταγωνιστή του, ωστόσο, το XOS καλύπτει ένα σημαντικό μέρος του κάτω και του άνω σώματος του χρήστη. Οι εφευρέτες του αναφέρουν μια παρόμοια μέγιστη χωρητικότητα τουλάχιστον 200 κιλών, αλλά η ενίσχυση της αντοχής εκτείνεται στα χέρια, τα οποία μπορούν να κρατήσουν έως και πενήντα κιλά με λίγη προσπάθεια.

Όχι μόνο για τους στρατιώτες

Στην Ιαπωνία, εν τω μεταξύ, η Cyberdyne συνέχισε την ανάπτυξη του εξωσκελετού HAL-5. Σε αντίθεση με τους Αμερικανούς ομότιμους, αυτή η συσκευή είναι κατασκευασμένη για μη στρατιωτική παρά στρατιωτική χρήση. Η εταιρεία ερευνά διάφορα μοντέλα για χρήση από βιομηχανικούς εργάτες, αντιμετώπιση καταστροφών προσωπικούς και ιατρικούς επαγγελματίες.

Ένα μοντέλο κάτω άκρων που έχει σχεδιαστεί για να βοηθήσει στην αποκατάσταση ατόμων με προβλήματα κινητικότητας που σχετίζονται με τραυματισμούς έχει εγκριθεί για χρήση στην Ευρώπη και χρησιμοποιείται σε κλινικές δοκιμές. Η πρώτη δοκιμή, ολοκληρώθηκε τον Απρίλιο του τρέχοντος έτους, προτείνει ότι ο εξωσκελετός παρέχει μια «πολύ σημαντική βελτίωση» στην κινητικότητα όταν φοριέται και επίσης, με την πάροδο του χρόνου, βελτιώνει την ικανότητα του ίδιου ασθενούς να κινείται χωρίς ο εξωσκελετός. Ωστόσο, μόνο οκτώ ασθενείς συμμετείχαν στη μελέτη, επομένως πρέπει να γίνει περισσότερη δουλειά για να επιβεβαιωθούν τα οφέλη της HAL.

Ένας άλλος πολιτικός εξωσκελετός που λαμβάνει την προσοχή είναι ο ReWalk, ένας εξωσκελετός κάτω σώματος που ταιριάζει σε ρόλο παρόμοιο με το HAL. Το ReWalk χρησιμοποιεί κινητήρες ποδιών χαμηλής ισχύος για να βοηθήσει στην κινητικότητα ενώ προσφέρει διάρκεια ζωής μπαταρίας όλη την ημέρα. Σε αντίθεση με το HAL, το ReWalk πρέπει να χρησιμοποιείται με καλάμια, αλλά είναι επίσης περισσότερο στην ανάπτυξή του και έχει εγκριθεί σε πολλές χώρες. Το ReWalk μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αποκατάσταση ή μπορεί να αγοραστεί για προσωπική χρήση ως εναλλακτική λύση για αναπηρική καρέκλα ή σκούτερ με κινητήρα.

Δεν περιλαμβάνονται μπαταρίες

ΦΟΡΤΕΣ, που μόλις άρχισε να δοκιμάζει φέτος, είναι ο νεότερος εξωσκελετός του Lockheed-Martin. Αν και ο πρώτος γύρος δοκιμών διεξάγεται από το Ναυτικό, αυτός ο εξωσκελετός, σε αντίθεση με το HULC, προορίζεται μόνο για μη στρατιωτική χρήση. Ενισχύει το σώμα του χρήστη, μειώνοντας την πίεση χειρισμού των βαρέων εργαλείων που χρησιμοποιούν συχνά οι ναυτικοί μηχανικοί για την επισκευή πλοίων.

Φορώντας τον εξωσκελετό FORTIS, οι χειριστές μπορούν να κρατήσουν το βάρος αυτών των βαρέων εργαλείων για παρατεταμένα χρονικά διαστήματα με μειωμένη κόπωση. - Adam Miller, διευθυντής νέων πρωτοβουλιών, Lockheed-Martin

Ενώ δεν διαθέτει μπαταρίες, το FORTIS έχει εντυπωσιακές ικανότητες. Μπορεί να βοηθήσει τους χρήστες να κρατήσουν έως και 36 κιλά «χωρίς κόπο». Αυτό μπορεί να μην ακούγεται πολύ στην αρχή, αλλά να θυμάστε ότι οι μηχανικοί χρησιμοποιούν τέτοια εργαλεία για ώρες κάθε μέρα. Κάθε σημαντικό βάρος μπορεί να γίνει κουραστικό μετά από λίγα λεπτά. Το εξωσκελετό βοηθά επίσης στη μεταφορά αυτών των φορτίων στο έδαφος, μειώνοντας την πίεση στην πλάτη και τα πόδια του χρήστη.

Αυτός ο τύπος εξωσκελετού, εάν αποδειχθεί επιτυχής, θα μπορούσε να είναι ένα μεγάλο όφελος για τους εργάτες οικοδομών και βιομηχανίας που πρέπει να ανυψώνουν τα μέτρια φορτία επανειλημμένα όλη την ημέρα. Οι τραυματισμοί που σχετίζονται με την εργασία εξακολουθούν να είναι συνηθισμένοι σε αυτούς τους τομείς και, με την πάροδο του χρόνου, μπορούν να μειώσουν σημαντικά την ποιότητα ζωής των βετεράνων αυτών των τομέων.

Η έλλειψη ισχύος της FORTIS μειώνει επίσης την πολυπλοκότητα και το κόστος, καθιστώντας την ιδέα πιο εύγευστη για ευρεία ανάπτυξη. Ωστόσο, το FORTIS είναι ακόμα πολύ νωρίς στην ανάπτυξή του. ανακοινώθηκε για πρώτη φορά μόλις τον περασμένο μήνα. Τα περισσότερα άλλα έργα εξωσκελετών βρίσκονται σε εξέλιξη εδώ και χρόνια, και σε ορισμένες περιπτώσεις δεκαετίες, οπότε αυτό το έργο έχει ακόμη έναν δρόμο.

Ακόμα άνθρωπος, αλλά καλύτερα

Η εστίαση του σύγχρονου εξωσκελετού έχει μετατοπιστεί από την ενίσχυση της αντοχής και της ταχύτητας στην ενίσχυση της αντοχής. Υπό αυτήν την έννοια, ο στόχος δεν είναι να μας κάνει πολύ πιο γρήγορους ή πιο δυνατούς από πριν, αλλά να μας κάνει πιο ανθεκτικούς και να βελτιώσουμε την ποιότητα ζωής μας. Αν και δεν είναι λαμπερό, αυτή η προσέγγιση έχει νόημα. κατακτήσαμε την ανύψωση βαρέων φορτίων με το περονοφόρο όχημα.

Ο τραυματισμός και η εξάντληση, ωστόσο, είναι εχθροί που δεν έχουμε ακόμη νικήσει. Ένας κουρασμένος, τραυματισμένος στρατιώτης είναι πιθανό να επιβραδύνει ολόκληρη τη μονάδα του και είναι λιγότερο ικανός να ανταποκριθεί σε απειλές, και μια εκτίμηση του 2013 βρήκε τραυματισμούς κατά την εργασία κοστίζει έως και 250 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η μείωση της πίεσης και η αύξηση της αντοχής μπορούν να ωφελήσουν όλους από το πεζικό στη μάχη με τους εργαζομένους στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης μετακινώντας ασθενείς μεταξύ κλινών, οπότε πιθανότατα θα δούμε τα εξωσκελετά να συνεχίζουν αυτήν τη νέα προσέγγιση στο μέλλον δεκαετία. Οι εξωσκελετοί δεν θα μας δώσουν σούπερ ανθρώπινη δύναμη ή ταχύτητα απίστευτα - τουλάχιστον όχι σύντομα. Αλλά θα μας βοηθήσουν να ζήσουμε περισσότερο, καλύτερες ζωές Πώς η τεχνολογία μπορεί να επηρεάζει την ανθρώπινη εξέλιξηΔεν υπάρχει ούτε μια πτυχή της ανθρώπινης εμπειρίας που δεν έχει αγγίξει η τεχνολογία, συμπεριλαμβανομένων των σωμάτων μας. Διαβάστε περισσότερα .

Πιστωτική εικόνα: Λόκχεντ-Μάρτιν, Cyberdyne