Еще немного об экзоскелетах

Мы уже писали в МТ об истории экзоскелетов. На этот раз мы сосредоточимся на других аспектах этого изобретения.

I. Экзоскелеты — Материалы

Чтобы сконструировать экзоскелет, инженерам нужны легкие материалы, способные выдерживать большие нагрузки. Показатели для таких материалов, как сталь и алюминий, находятся на уровне примерно от 100 до 250 кНм/кг, тогда как стекловолокно уже обеспечивает примерно 1300 кНм/кг. Углеродное волокно предлагает более 2400 кНм/кг, а новые технологии, такие как углеродные нанотрубки, превышают 40. кНм/кг и прочностью на растяжение 62 ГПа. Поэтому новые процессы и решения направлены на снижение веса экзоскелета при одновременном повышении прочности. Примером желаемого материала может быть алюминиевый сплав 6061, который широко используется, легко доступен, легок и с ним легко работать.

II. Экзокостюмы — элементы управления

Экзоскелетом можно управлять четырьмя способами:

механически — такое управление используется, когда пользователь остается частично работоспособным и может управлять им вручную, например, руками с помощью джойстика;

голосом — этот способ удобен для людей, которые малоподвижны, но умеют произносить голосовые команды. Они передаются через микрофон на компьютер, а в нем интерпретируются для конкретных функций экзоскелета. С компьютера на контроллер посылается соответствующий набор инструкций, которые необходимо выполнить, например: поднять руку, встать, пойти и т. д.;

кожные или подкожные датчики (имплантаты) — метод заключается в размещении на пациенте серии имплантов, которые, усиливая нервные импульсы, считывают на их основе двигательные намерения человека, а затем передают их на управляющий компьютер. Требуется частичная работоспособность нервной системы;

напрямую, с использованием мозговых волн — теоретический метод управления экзоскелетом, рабочие прототипы которого еще не разработаны. После подключения ряда электродов к голове человека соответствующие типы импульсов будут передаваться на компьютер, который на этой основе будет запускать соответствующие функции. экзоскелет.

III. Экзоскелеты — Области применения

1. Промышленность, строительство, горнодобывающая промышленность, сельское хозяйство, склады

Сегодня у нас есть шанс встретиться с пользователем, прежде всего, в следующих ситуациях:

● в промышленных производственных цехах, где сборка тяжелых изделий осуществляется в ограниченном пространстве;

● в ситуациях, когда работник длительное время находится в неблагоприятных, неудобных положениях;

● везде, где требуется многократное преодоление даже коротких расстояний пешком или длительное пребывание в положении стоя.

2. Медицина — реабилитация

Экзоскелеты не только сочетают в себе функции коляски и реабилитационного робота, но и позволяют проводить терапию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, при нормальном, повседневном функционировании, с двуногой подвижностью и полной поддержкой в ​​любом положении. Соответствовать экзоскелет позволяет постоянно поддерживать нормальную осанку. Во время текущих различных реабилитационных мероприятий эти устройства сокращают работу и затраты времени на отдельные упражнения, особенно те, которые до сих пор требовали одновременного участия более чем одного терапевта, например, в переобучении походке. Они обеспечивают полную повторяемость отдельных движений или их последовательностей, а также целых терапевтических сеансов. Они облегчают внесение корректировок в план терапии. Они повышают мотивацию пациентов, часто используя простые игры или среды виртуальной реальности. В то же время они снижают риск ошибок, допущенных медицинским персоналом или самим пациентом.

3. Военные

Специалисты сходятся во мнении, что современная нагрузка на солдат стала слишком высокой и является фактором риска, так как может стать причиной чрезмерного увечья, ранения, снижения боеспособности. Министерство армии США определило требования в пяти ключевых областях боевые экзоскелеты (Заявление о потребностях миссии для усовершенствованной интегрированной солдатской системы — спешенный TEISS-D). Поэтому при их построении используется синергия: механика, электроника, автоматизация, информатика и оптимизация в широком смысле в процессе проектирования и производства. Использование большого количества датчиков движения, тензодатчиков, а также других очень продвинутых устройств, рассчитывающих мышечное напряжение, прогиб суставов или само движение солдата, и преобразование данных в оптимизированное движение, во многих плоскостях, — задача не из легких . Управление может быть решено в будущем с использованием нейронных сетей.