Eksoskelette

Alhoewel daar die afgelope tyd meer en meer oor eksoskelette gehoor is, blyk dit dat die geskiedenis van hierdie uitvinding teruggaan na die negentiende eeu. Vind uit hoe dit oor die dekades verander het en hoe die keerpunte in sy evolusie gelyk het. 

1. Illustrasie van die patent van Nikolai Yagn

1890 – Die eerste innoverende idees vir die skep van 'n eksoskelet dateer uit die 1890de eeu. In 420179 het Nicholas Yagn in die Verenigde State gepatenteer (patent No. US XNUMX A) "'n Toestel om stap, hardloop en spring te vergemaklik" (1). Dit was 'n wapenrusting wat van hout gemaak is, waarvan die doel was om die spoed van 'n vegter tydens 'n baie kilometer lange opmars te verhoog. Die ontwerp het 'n bron van inspirasie geword vir verdere soeke na die optimale oplossing.

1961 - In die 60's het General Electric saam met 'n groep wetenskaplikes van die Universiteit van Comell begin werk aan die skepping van 'n elektro-hidrouliese pak wat menslike oefening ondersteun. Samewerking met die weermag aan die Man Augmentation-projek het gelei tot die ontwikkeling van die Hardiman (2). Die doel van die projek was om 'n pak te skep wat die natuurlike bewegings van 'n mens naboots, wat hom in staat stel om voorwerpe wat byna 700 kg weeg, op te lig. Die kostuum self het dieselfde geweeg, maar die tasbare gewig was net 20 kg.

2. General Electric prototipe hitteruiler

Ten spyte van die sukses van die projek, het dit geblyk dat die bruikbaarheid daarvan weglaatbaar was, en die aanvanklike kopieë sou duur wees. Hul beperkte mobiliteitsopsies en komplekse kragstelsel het hierdie toestelle uiteindelik onbruikbaar gemaak. Tydens toetsing het dit geblyk dat Hardiman net 350 kg kan optel, en met langdurige gebruik 'n neiging het tot gevaarlike, ongekoördineerde bewegings. Van verdere ontwikkeling van die prototipe is slegs een arm laat vaar - die toestel het ongeveer 250 kg geweeg, maar dit was net so onprakties soos die vorige eksoskelet.

70's. “Weens sy grootte, gewig, onstabiliteit en kragprobleme het die Hardiman nooit in produksie gegaan nie, maar die industriële Man-Mate het 'n mate van tegnologie uit die 60's gebruik. Die regte op die tegnologie is gekoop deur Western Space and Marine, gestig deur een van die GE-ingenieurs. Die produk is verder ontwikkel en bestaan ​​vandag in die vorm van 'n groot robotarm wat met kragterugvoer tot 4500 XNUMX kg kan lig, wat dit ideaal maak vir die staalbedryf.

3. Eksoskelette gebou by die Mihailo Pupin Instituut in Serwië.

1972 – Vroeë aktiewe eksoskelette en menslike robotte is by die Mihailo Pupin-instituut in Serwië ontwikkel deur ’n groep onder leiding van prof. Miomir Vukobratovich. Eerstens is beenbewegingstelsels ontwikkel om die rehabilitasie van mense wat aan paraplegie ly (3). By die ontwikkeling van aktiewe eksoskelette het die instituut ook metodes ontwikkel vir die ontleding en beheer van menslike gang. Sommige van hierdie vooruitgang het bygedra tot die ontwikkeling van vandag se hoë werkverrigting humanoïde robotte. In 1972 is 'n aktiewe pneumatiese eksoskelet met elektroniese programmering vir verlamming van die onderste ledemate in 'n ortopediese kliniek in Belgrado getoets.

1985 "'n Ingenieur by Los Alamos Nasionale Laboratorium bou 'n eksoskelet genaamd die Pitman, kragpantser vir infanteriste. Die beheer van die toestel was gebaseer op sensors wat die oppervlak van die skedel skandeer, geplaas in 'n spesiale helm. Gegewe die vermoëns van die tegnologie van die tyd, was dit 'n te ingewikkelde ontwerp om te vervaardig. Die beperking was hoofsaaklik die onvoldoende rekenaarkrag van rekenaars. Boonop het die verwerking van breinseine en die omskakeling daarvan in eksoskeletbewegings op daardie stadium tegnies prakties onmoontlik gebly.

4. Exoskeleton Lifesuit, ontwerp deur Monty Reed.

1986 - Monty Reed, Amerikaanse weermagsoldaat wat sy ruggraat gebreek het terwyl hy valskermspring, ontwikkel 'n oorlewingspak-eksoskelet (4). Hy is geïnspireer deur die beskrywings van mobiele infanteriepakke in Robert Heinlein se wetenskapfiksie-roman Starship Troopers, wat hy gelees het terwyl hy in die hospitaal aansterk. Reed het egter eers in 2001 aan sy toestel begin werk. In 2005 het hy 'n prototipe 4,8-reddingspak in die St. Patrick's Day-wedren in Seattle, Washington, getoets. Die ontwikkelaar beweer dat hy 'n stapspoedrekord in robotpakke opgestel het, wat 4 kilometer aflê teen 'n gemiddelde spoed van 14 km/h. Die prototipe Lifesuit 1,6 kon 92 km vol gelaai ry en XNUMX kg optel.

1990-hede - Die eerste prototipe van die HAL-eksoskelet is voorgestel deur Yoshiyuki Sankai (5), prof. Universiteit van Tsukuba. Sankai het drie jaar – van 1990 tot 1993 – spandeer om die neurone te identifiseer wat beenbewegings beheer. Dit het hom en sy span nog vier jaar geneem om die toerusting te prototipeer. Die derde HAL-prototipe, wat in die vroeë 22ste eeu ontwikkel is, is aan 'n rekenaar gekoppel. Die battery self het amper 5 kg geweeg, wat dit baie onprakties gemaak het. Daarteenoor het die latere model HAL-10 net 5 kg geweeg en het die battery en beheerrekenaar om die gebruiker se middel gedraai. HAL-XNUMX is tans 'n vier-ledemaat mediese eksoskelet (hoewel 'n onderste ledemaat-net weergawe ook beskikbaar is) vervaardig deur die Japannese maatskappy Cyberdyne Inc. in samewerking met die Universiteit van Tsukuba.

5. Professor Yoshiyuki Sankai bied een van die eksoskeletmodelle aan.

Werk ongeveer 2 uur 40 minute binne en buite. Help om swaar voorwerpe op te lig. Die ligging van die kontroles en aandrywing in houers binne die houer het dit moontlik gemaak om ontslae te raak van die "rugsak" wat so kenmerkend is van die meeste eksoskelette, wat soms soos 'n groot insek lyk. Mense met hipertensie, osteoporose en enige harttoestand moet 'n geneesheer raadpleeg voordat HAL gebruik word, en kontraindikasies sluit in, maar is nie beperk nie tot, 'n pasaangeër en swangerskap. As deel van die HAL FIT-program bied die vervaardiger die moontlikheid om behandelingsessies met 'n eksoskelet vir beide siek en gesonde mense te gebruik. Ontwerper HAL beweer dat die volgende fases van die opgradering sal fokus op die skep van 'n dun pak wat die gebruiker sal toelaat om vrylik te beweeg en selfs te hardloop. 

2000 - prof. Homayoun Kazeruni en sy span by Ekso Bionics ontwikkel 'n Universal Human Cargo Carrier, of HULC (6) is 'n draadlose eksoskelet met 'n hidrouliese aandrywing. Die doel daarvan is om strydende soldate te help om vragte wat tot 90 kg weeg vir 'n lang tyd te dra, met 'n maksimum spoed van 16 km/h. Die stelsel is op 26 Februarie 2009 by die AUSA Wintersimposium aan die publiek onthul toe 'n lisensie-ooreenkoms met Lockheed Martin bereik is. Die dominante materiaal wat in hierdie ontwerp gebruik word, is titanium, 'n liggewig maar relatief duur materiaal met hoë meganiese en sterkte-eienskappe.

Die eksoskelet is toegerus met suigkoppies wat jou toelaat om voorwerpe wat tot 68 kg weeg (hystoestel) te dra. Krag word voorsien van vier litium-polimeerbatterye, wat die normale werking van die toestel teen optimale vrag tot 20 uur verseker. Die eksoskelet is in verskeie gevegstoestande en met verskeie vragte getoets. Na 'n reeks suksesvolle eksperimente in die herfs van 2012, is hy na Afghanistan gestuur, waar hy tydens 'n gewapende konflik getoets is. Ten spyte van baie positiewe resensies, is die projek uitgestel. Soos dit geblyk het, het die ontwerp dit moeilik gemaak om sekere bewegings uit te voer en het die las op die spiere eintlik verhoog, wat die algemene idee van die skepping daarvan weerspreek het.

2001 – Die Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX)-projek, wat oorspronklik hoofsaaklik vir die weermag bedoel was, is aan die gang. Binne sy raamwerk is belowende resultate behaal in die vorm van outonome oplossings van praktiese belang. Eerstens is 'n robottoestel geskep wat aan die onderlyf geheg is om die bene ekstra krag te gee. Die toerusting is befonds deur die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en ontwikkel deur die Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory, 'n afdeling van die Universiteit van Kalifornië, Berkeley Mechanical Engineering Department. Die Berkeley-eksoskeletstelsel gee soldate die vermoë om groot loonvragte met minimale inspanning en oor enige tipe terrein te dra, soos kos, reddingstoerusting, noodhulpstelle, kommunikasie en wapens. Benewens militêre toepassings, ontwikkel BLEEX tans siviele projekte. Die Robotika en Menslike Ingenieurswese Laboratorium ondersoek tans die volgende oplossings: ExoHiker - 'n eksoskelet wat hoofsaaklik ontwerp is vir ekspedisielede waar daar 'n behoefte is om swaar toerusting te vervoer, ExoClimber - toerusting vir mense wat hoë heuwels klim, Mediese eksoskelet - 'n eksoskelet vir mense met gestremdhede fisiese vermoëns. onderste ledemate mobiliteitsversteurings.

8. Prototipe Sarcos XOS 2 in aksie

die teks

2010 – XOS 2 verskyn (8) is 'n voortsetting van die XOS-eksoskelet van Sarcos. Eerstens het die nuwe ontwerp ligter en meer betroubaar geword, wat jou in staat stel om vragte wat tot 90 kg weeg staties op te lig. Die toestel lyk soos 'n kuborg. Die beheer is gebaseer op dertig aktueerders wat soos kunsmatige gewrigte optree. Die eksoskelet bevat verskeie sensors wat seine via 'n rekenaar na die aandrywers oordra. Op hierdie manier vind gladde en deurlopende werking plaas, en die gebruiker voel geen noemenswaardige moeite nie. XOS gewig is 68 kg.

2011-hede – Die Amerikaanse voedsel- en dwelmadministrasie (FDA) keur die ReWalk mediese eksoskelet goed (9). Dit is 'n stelsel wat kragelemente gebruik om die bene te versterk en mense met verlamming laat regop staan, loop en trappe klim. Energie word verskaf deur 'n rugsakbattery. Die beheer word uitgevoer met behulp van 'n eenvoudige hand-afstandbeheer wat die gebruiker se bewegings opspoor en regstel. Die hele ding is ontwerp deur Amit Goffer van Israel en word verkoop deur ReWalk Robotics Ltd (oorspronklik Argo Medical Technologies) vir ongeveer PLN 85. dollars.

9 Mense loop in ReWalk-eksoskelette

Ten tyde van vrystelling was die toerusting in twee weergawes beskikbaar - ReWalk I en ReWalk P. Die eerste word deur mediese instellings vir navorsing of terapeutiese doeleindes onder toesig van 'n mediese beroepspersoon gebruik. ReWalk P is bedoel vir persoonlike gebruik deur pasiënte by die huis of in openbare areas. In Januarie 2013 is 'n opgedateerde weergawe van ReWalk Rehabilitation 2.0 vrygestel. Dit het die passing vir langer mense verbeter en die beheersagteware verbeter. ReWalk vereis dat die gebruiker krukke gebruik. Kardiovaskulêre siektes en beenbroosheid word as kontraindikasies genoem. Die beperking is ook groei, binne 1,6-1,9 m, en liggaamsgewig tot 100 kg. Dit is die enigste eksoskelet waarin jy 'n motor kan bestuur.

10. Ex Bionics eLEGS

2012 Ekso Bionics, voorheen bekend as Berkeley Bionics, onthul sy mediese eksoskelet. Die projek het twee jaar vroeër begin onder die naam eLEGS (10), en was bedoel vir die rehabilitasie van mense met verskillende grade van verlamming. Soos ReWalk, vereis die konstruksie die gebruik van krukke. Die battery verskaf energie vir ten minste ses uur se gebruik. Exo stel kos sowat 100 duisend. dollars. In Pole is die projek van die eksoskelet Ekso GT, 'n mediese toestel wat ontwerp is om met neurologiese pasiënte te werk, bekend. Die ontwerp laat loop, insluitend mense na beroertes, rugmurgbeserings, pasiënte met veelvuldige sklerose of met Guillain-Barré-sindroom. Die toerusting kan in verskeie verskillende modusse werk, afhangende van die graad van disfunksie van die pasiënt.

2013 – Mindwalker, ’n verstandsbeheerde eksoskeletprojek, ontvang befondsing van die Europese Unie. Die ontwerp is die resultaat van 'n samewerking tussen wetenskaplikes van die Vrye Universiteit van Brussel en die Santa Lucia-stigting in Italië. Die navorsers het verskillende maniere getoets om die toestel te beheer – hulle glo dat die brein-neuro-rekenaar-koppelvlak (BNCI) die beste werk, wat jou toelaat om dit met gedagtes te beheer. Seine gaan tussen die brein en die rekenaar deur en omseil die rugmurg. Mindwalker omskep EMG-seine, dit wil sê klein potensiale (genoem miopotensiale) wat op die oppervlak van 'n persoon se vel verskyn wanneer spiere werk, in elektroniese bewegingsopdragte. Die eksoskelet is redelik lig en weeg slegs 30 kg sonder batterye. Dit sal 'n volwassene wat tot 100 kg weeg, ondersteun.

2016 – Die ETH Tegniese Universiteit in Zürich, Switserland, bied die eerste Cybathlon-sportkompetisie aan vir mense met gestremdhede wat hulprobotte gebruik. Een van die dissiplines was die eksoskeletwedloop op ’n hindernisbaan vir mense met verlamming van die onderste ledemate. In hierdie demonstrasie van vaardighede en tegnologie moes eksoskeletgebruikers take verrig soos om op 'n rusbank te sit en op te staan, teen hange te stap, op rotse te trap (soos wanneer hulle 'n vlak bergrivier oorsteek) en trappe klim. Dit het geblyk dat niemand al die oefeninge kon bemeester nie, en dit het die vinnigste spanne meer as 50 minute geneem om die 8-meter-hindernisbaan te voltooi. Die volgende geleentheid sal in 2020 plaasvind as 'n aanduiding van die ontwikkeling van eksoskelettegnologie.

2019 – Tydens somerdemonstrasies by die Kommando-opleidingsentrum in Lympston, VK, het Richard Browning, uitvinder en uitvoerende hoof van Gravity Industries, sy Daedalus Mark 1-eksoskelet-straalpak gewys wat 'n groot indruk op die weermag gemaak het, en nie net die Britte nie. Ses klein straalenjins - twee van hulle is agter geïnstalleer en twee in die vorm van bykomende pare op elke arm - laat jou toe om te klim tot 'n hoogte van tot 600 m. Tot dusver is daar net genoeg brandstof vir 10 minute se vlug...