Mifupa ya nje

Ingawa zaidi na zaidi imesikika juu ya exoskeletons hivi karibuni, zinageuka kuwa historia ya uvumbuzi huu inarudi nyuma hadi karne ya kumi na tisa. Jua jinsi imebadilika kwa miongo kadhaa na jinsi mabadiliko katika mageuzi yake yalivyoonekana. 

1. Mchoro kutoka kwa hati miliki ya Nikolai Yagn

1890 - Mawazo ya kwanza ya ubunifu ya kuunda exoskeleton yalianza karne ya 1890. Mnamo 420179, Nicholas Yagn alipewa hati miliki huko Merika (patent No. US XNUMX A) "Kifaa cha kuwezesha kutembea, kukimbia na kuruka" (1) Ilikuwa ni silaha iliyotengenezwa kwa mbao, madhumuni yake ambayo yalikuwa kuongeza kasi ya shujaa wakati wa maandamano ya kilomita nyingi. Ubunifu huo ukawa chanzo cha msukumo kwa utaftaji zaidi wa suluhisho bora.

1961 - Katika miaka ya 60, General Electric, pamoja na kikundi cha wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Comell, walianza kazi ya kuundwa kwa suti ya electro-hydraulic ambayo inasaidia mazoezi ya binadamu. Ushirikiano na wanajeshi kwenye mradi wa Uongezaji wa Mwanaume ulisababisha maendeleo ya Hardiman (2) Kusudi la mradi huo lilikuwa kuunda suti inayoiga harakati za asili za mwanadamu, na kumruhusu kuinua vitu vyenye uzito wa karibu kilo 700. Mavazi yenyewe ilikuwa na uzito sawa, lakini uzani unaoonekana ulikuwa kilo 20 tu.

2. Mchanganyiko wa joto wa mfano wa Umeme Mkuu

Licha ya mafanikio ya mradi huo, ikawa kwamba manufaa yake hayakuwa na maana, na nakala za awali zingekuwa za gharama kubwa. Chaguo zao chache za uhamaji na mfumo changamano wa nguvu hatimaye ulifanya vifaa hivi kutotumika. Wakati wa kupima, ikawa kwamba Hardiman inaweza tu kuinua kilo 350, na kwa matumizi ya muda mrefu ina tabia ya harakati hatari, zisizounganishwa. Kutoka kwa maendeleo zaidi ya mfano huo, mkono mmoja tu ndio ulioachwa - kifaa kilikuwa na uzito wa kilo 250, lakini haikuwezekana kama exoskeleton ya hapo awali.

70s "Kwa sababu ya saizi yake, uzito, kutokuwa na utulivu, na shida za nguvu, Hardiman haikuingia katika uzalishaji, lakini Man-Mate ya viwanda ilitumia teknolojia kutoka miaka ya 60. Haki za teknolojia zilinunuliwa na Western Space na Marine, iliyoanzishwa na mmoja wa wahandisi wa GE. Bidhaa hiyo imeendelezwa zaidi na leo ipo katika mfumo wa mkono mkubwa wa roboti unaoweza kuinua hadi kilo 4500 kwa kutumia maoni ya nguvu, na kuifanya kuwa bora kwa sekta ya chuma.

3. Mifupa ya mifupa iliyojengwa katika Taasisi ya Mihailo Pupin nchini Serbia.

1972 – Mifupa ya mifupa hai ya awali na roboti za humanoid zilitengenezwa katika Taasisi ya Mihailo Pupin nchini Serbia na kikundi kinachoongozwa na prof. Miomir Vukobratovich. Kwanza, mifumo ya kusonga miguu imetengenezwa ili kusaidia ukarabati wa watu wanaosumbuliwa na paraplegia (3) Wakati wa kutengeneza exoskeletons hai, taasisi pia ilitengeneza njia za kuchambua na kudhibiti mwendo wa mwanadamu. Baadhi ya maendeleo haya yamechangia ukuzaji wa roboti za kisasa za utendakazi wa hali ya juu. Mnamo 1972, exoskeleton ya nyumatiki hai na programu ya elektroniki ya kupooza kwa ncha za chini ilijaribiwa katika kliniki ya mifupa huko Belgrade.

1985 "Mhandisi katika Maabara ya Kitaifa ya Los Alamos anajenga mifupa ya nje inayoitwa Pitman, silaha za nguvu za askari wa miguu. Udhibiti wa kifaa hicho ulitegemea sensorer ambazo huchambua uso wa fuvu, zimewekwa kwenye kofia maalum. Kwa kuzingatia uwezo wa teknolojia ya wakati huo, ilikuwa muundo ngumu sana kutengeneza. Kizuizi kilikuwa kimsingi uwezo wa kompyuta wa kutosha wa kompyuta. Kwa kuongezea, usindikaji wa ishara za ubongo na kuzibadilisha kuwa harakati za exoskeleton zilibaki kitaalam kuwa haiwezekani wakati huo.

4. Exoskeleton Lifesuit, iliyoundwa na Monty Reed.

1986 - Monty Reed, askari wa Jeshi la Merika ambaye alivunjika mgongo wakati akiruka angani, anatengeneza suti ya nje ya mifupa (exoskeleton)4) Alitiwa moyo na maelezo ya suti za simu za mkononi za watoto wachanga katika riwaya ya hadithi ya kisayansi ya Robert Heinlein ya Starship Troopers, ambayo alisoma alipokuwa akipata nafuu hospitalini. Walakini, Reed hakuanza kufanya kazi kwenye kifaa chake hadi 2001. Mnamo 2005, alijaribu suti ya uokoaji ya mfano 4,8 katika mbio za Siku ya St. Patrick huko Seattle, Washington. Msanidi anadai kuwa ameweka rekodi ya kasi ya kutembea katika suti za roboti, zinazochukua kilomita 4 kwa kasi ya wastani ya 14 km / h. Lifesuit ya mfano 1,6 iliweza kwenda kilomita 92 ikiwa na chaji kamili na kuruhusiwa kuinua kilo XNUMX.

1990-sasa - Mfano wa kwanza wa exoskeleton ya HAL ilipendekezwa na Yoshiyuki Sankai (5), Prof. Chuo Kikuu cha Tsukuba. Sankai alitumia miaka mitatu - kutoka 1990 hadi 1993 - kutambua neurons zinazodhibiti harakati za mguu. Ilimchukua yeye na timu yake miaka mingine minne kuiga vifaa. Mfano wa tatu wa HAL, uliotengenezwa mwanzoni mwa karne ya 22, uliunganishwa kwenye kompyuta. Betri yenyewe ilikuwa na uzito wa karibu kilo 5, ambayo ilifanya kuwa haiwezekani sana. Kinyume chake, mtindo wa baadaye wa HAL-10 ulikuwa na uzito wa kilo 5 tu na betri na kompyuta ya kudhibiti ilikuwa imefungwa kwenye kiuno cha mtumiaji. HAL-XNUMX kwa sasa ni kiungo cha kimatibabu cha miguu minne (ingawa toleo la viungo vya chini tu linapatikana) linalotengenezwa na kampuni ya Kijapani ya Cyberdyne Inc. kwa ushirikiano na Chuo Kikuu cha Tsukuba.

5. Profesa Yoshiyuki Sankai anawasilisha mojawapo ya mifano ya exoskeleton.

Inafanya kazi kwa takriban masaa 2 dakika 40 ndani na nje. Husaidia kuinua vitu vizito. Eneo la udhibiti na gari katika vyombo ndani ya kesi ilifanya iwezekanavyo kuondokana na "mkoba" hivyo tabia ya exoskeletons nyingi, wakati mwingine hufanana na wadudu mkubwa. Watu wenye shinikizo la damu, osteoporosis, na hali yoyote ya moyo wanapaswa kushauriana na daktari kabla ya kutumia HAL, na contraindications ni pamoja na, lakini si mdogo, pacemaker na mimba. Kama sehemu ya mpango wa HAL FIT, mtengenezaji hutoa uwezekano wa kutumia vikao vya matibabu na exoskeleton kwa wagonjwa na wenye afya. Mbuni HAL anadai kuwa hatua zinazofuata za uboreshaji zitazingatia kuunda suti nyembamba ambayo itawawezesha mtumiaji kusonga kwa uhuru na hata kukimbia. 

2000 - Prof. Homayoun Kazeruni na timu yake katika Ekso Bionics wanatengeneza Kibeba Mizigo cha Binadamu kwa Wote, au HULC (6) ni exoskeleton isiyo na waya yenye gari la majimaji. Madhumuni yake ni kusaidia askari wanaopigana kubeba mizigo yenye uzito hadi kilo 90 kwa muda mrefu, na kasi ya juu ya 16 km / h. Mfumo huo ulifichuliwa kwa umma katika Kongamano la Majira ya baridi la AUSA mnamo Februari 26, 2009, makubaliano ya leseni yalipofikiwa na Lockheed Martin. Nyenzo kuu inayotumiwa katika muundo huu ni titani, nyenzo nyepesi lakini ya gharama kubwa na sifa za juu za mitambo na nguvu.

Exoskeleton ina vikombe vya kunyonya vinavyokuwezesha kubeba vitu vyenye uzito wa kilo 68 (kifaa cha kuinua). Nguvu hutolewa kutoka kwa betri nne za lithiamu-polymer, ambayo inahakikisha uendeshaji wa kawaida wa kifaa kwa mzigo bora hadi saa 20. Exoskeleton ilijaribiwa katika hali mbalimbali za kupambana na mizigo mbalimbali. Baada ya mfululizo wa majaribio ya mafanikio katika kuanguka kwa 2012, alipelekwa Afghanistan, ambako alijaribiwa wakati wa vita vya silaha. Licha ya maoni mengi mazuri, mradi huo ulisimamishwa. Kama ilivyotokea, muundo huo ulifanya iwe ngumu kufanya harakati fulani na kwa kweli kuongeza mzigo kwenye misuli, ambayo ilipingana na wazo la jumla la uundaji wake.

2001 – Mradi wa Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX), uliokusudiwa hasa kwa ajili ya jeshi, unaendelea. Ndani ya mfumo wake, matokeo ya kuahidi yamepatikana kwa njia ya ufumbuzi wa uhuru wa umuhimu wa vitendo. Awali ya yote, kifaa cha roboti kiliundwa, kilichounganishwa na mwili wa chini ili kutoa miguu nguvu za ziada. Vifaa hivyo vilifadhiliwa na Wakala wa Miradi ya Utafiti wa Kina (DARPA) na kutengenezwa na Maabara ya Roboti ya Berkeley na Uhandisi wa Binadamu, kitengo cha Chuo Kikuu cha California, Idara ya Uhandisi wa Mitambo ya Berkeley. Mfumo wa Berkeley exoskeleton huwapa askari uwezo wa kubeba mizigo mikubwa kwa bidii kidogo na juu ya aina yoyote ya ardhi, kama vile chakula, vifaa vya uokoaji, vifaa vya huduma ya kwanza, mawasiliano na silaha. Mbali na maombi ya kijeshi, BLEEX kwa sasa inaendeleza miradi ya kiraia. Maabara ya Roboti na Uhandisi wa Binadamu kwa sasa inachunguza suluhisho zifuatazo: ExoHiker - mifupa ya nje iliyoundwa haswa kwa washiriki wa msafara ambapo kuna hitaji la kusafirisha vifaa vizito, ExoClimber - vifaa vya watu wanaopanda milima mirefu, Exoskeleton ya Matibabu - mifupa ya watu wenye ulemavu. uwezo wa kimwili. matatizo ya uhamaji wa viungo vya chini.

8. Mfano Sarcos XOS 2 katika hatua

maandishi

2010 - XOS 2 inaonekana (8) ni mwendelezo wa XOS exoskeleton kutoka Sarcos. Kwanza kabisa, muundo mpya umekuwa nyepesi na wa kuaminika zaidi, hukuruhusu kuinua mizigo yenye uzito hadi kilo 90 kwa tuli. Kifaa kinafanana na cyborg. Udhibiti huo unategemea viimilisho thelathini vinavyofanya kazi kama viungio bandia. Exoskeleton ina sensorer kadhaa zinazopeleka ishara kwa waendeshaji kupitia kompyuta. Kwa njia hii, operesheni laini na inayoendelea hufanyika, na mtumiaji hajisikii juhudi yoyote muhimu. Uzito wa XOS ni kilo 68.

2011-sasa - Utawala wa Chakula na Dawa wa Merika (FDA) umeidhinisha mifupa ya matibabu ya ReWalk (9) Ni mfumo unaotumia vipengele vya nguvu kuimarisha miguu na kuruhusu watu waliopooza kusimama wima, kutembea na kupanda ngazi. Nishati hutolewa na betri ya mkoba. Udhibiti unafanywa kwa kutumia kidhibiti cha mbali kinachoshikiliwa kwa mkono ambacho hutambua na kurekebisha mienendo ya mtumiaji. Bidhaa hiyo yote iliundwa na Amit Goffer wa Israeli na inauzwa na ReWalk Robotics Ltd (hapo awali Argo Medical Technologies) kwa karibu PLN 85. dola.

Watu 9 Wanatembea Katika ReWalk Exoskeletons

Wakati wa kutolewa, vifaa vilipatikana katika matoleo mawili - ReWalk I na ReWalk P. Ya kwanza hutumiwa na taasisi za matibabu kwa madhumuni ya utafiti au matibabu chini ya usimamizi wa mtaalamu wa matibabu. ReWalk P imekusudiwa kwa matumizi ya kibinafsi na wagonjwa nyumbani au katika maeneo ya umma. Mnamo Januari 2013, toleo lililosasishwa la ReWalk Rehabilitation 2.0 lilitolewa. Hii iliboresha ufaao kwa watu warefu zaidi na kuboresha programu ya udhibiti. ReWalk inahitaji mtumiaji kutumia magongo. Magonjwa ya moyo na mishipa na udhaifu wa mfupa hutajwa kama ukiukwaji. Kizuizi pia ni ukuaji, ndani ya 1,6-1,9 m, na uzito wa mwili hadi kilo 100. Hii ndio exoskeleton pekee ambayo unaweza kuendesha gari.

10. Ex Bionics eLEGS

2012 Ekso Bionics, ambayo zamani ilijulikana kama Berkeley Bionics, inafunua mifupa yake ya matibabu. Mradi ulianza miaka miwili mapema chini ya jina eLEGS (10), na ilikusudiwa kwa ajili ya ukarabati wa watu wenye viwango tofauti vya kupooza. Kama ReWalk, ujenzi unahitaji matumizi ya magongo. Betri hutoa nishati kwa angalau saa sita za matumizi. Seti ya Exo inagharimu karibu elfu 100. dola. Huko Poland, mradi wa Ekso GT exoskeleton, kifaa cha matibabu iliyoundwa kufanya kazi na wagonjwa wa neva, inajulikana. Muundo wake unaruhusu kutembea, ikiwa ni pamoja na watu baada ya viharusi, majeraha ya uti wa mgongo, wagonjwa wenye sclerosis nyingi au ugonjwa wa Guillain-Barré. Kifaa kinaweza kufanya kazi kwa njia tofauti, kulingana na kiwango cha dysfunction ya mgonjwa.

2013 - Mindwalker, mradi wa exoskeleton unaodhibitiwa na akili, hupokea ufadhili kutoka kwa Umoja wa Ulaya. Muundo huo ni matokeo ya ushirikiano kati ya wanasayansi kutoka Chuo Kikuu Huria cha Brussels na Wakfu wa Santa Lucia nchini Italia. Watafiti walijaribu njia tofauti za kudhibiti kifaa - wanaamini kuwa kiolesura cha ubongo-neuro-kompyuta (BNCI) hufanya kazi vizuri zaidi, ambayo hukuruhusu kuidhibiti kwa mawazo. Ishara hupita kati ya ubongo na kompyuta, ikipita uti wa mgongo. Mindwalker hubadilisha ishara za EMG, yaani, uwezo mdogo (unaoitwa myopotentials) unaoonekana kwenye uso wa ngozi ya mtu wakati misuli inafanya kazi, katika amri za harakati za elektroniki. Exoskeleton ni nyepesi kabisa, yenye uzito wa kilo 30 tu bila betri. Itasaidia mtu mzima mwenye uzito wa kilo 100.

2016 - Chuo Kikuu cha Ufundi cha ETH huko Zurich, Uswizi, huandaa shindano la kwanza la michezo ya Cybathlon kwa watu wenye ulemavu kwa kutumia roboti saidizi. Moja ya taaluma ilikuwa mbio ya exoskeleton kwenye kozi ya kizuizi kwa watu waliopooza wa viungo vya chini. Katika onyesho hili la ustadi na teknolojia, watumiaji wa exoskeleton walilazimika kutekeleza majukumu kama vile kukaa kwenye kochi na kuinuka, kutembea kwenye miteremko, kukanyaga mawe (kama vile wakati wa kuvuka mto wa mlima usio na kina), na kupanda ngazi. Ilibainika kuwa hakuna mtu aliyeweza kusimamia mazoezi yote, na ilichukua timu za haraka zaidi ya dakika 50 kukamilisha kozi ya kikwazo cha mita 8. Tukio linalofuata litafanyika mnamo 2020 kama kiashiria cha maendeleo ya teknolojia ya exoskeleton.

2019 - Wakati wa maandamano ya majira ya joto katika Kituo cha Mafunzo ya Commando huko Lympston, Uingereza, Richard Browning, mvumbuzi na Mkurugenzi Mtendaji wa Gravity Industries, alionyesha suti yake ya ndege ya Daedalus Mark 1 exoskeleton, ambayo ilifanya hisia kubwa kwa kijeshi, na si tu Waingereza. Injini sita ndogo za ndege - mbili kati yao zimewekwa nyuma na mbili kwa namna ya jozi za ziada kwa kila mkono - kuruhusu kupanda hadi urefu wa hadi m 600. Hadi sasa, kuna mafuta ya kutosha kwa dakika 10 tu. ndege...