Настоящее и будущее: Экзоскелеты

Будущее без инвалидов, люди, летающие на работу, дети, играющие в настоящий квиддич, возможность подняться на Эверест для каждого − от перспектив захватывает дух, не правда ли?

Любители комиксов и голливудских блокбастеров про Железного Человека наверняка не раз представляли себя на месте Тони Старка, гениального эгоцентричного инженера, летающего по всему миру в своем роботизированном костюме, чтобы задать жару коварным суперзлодеям.

Однако мечта о железном костюме совсем не так далека, как кажется на первый взгляд. Уже в ближайшем будущем многие американские солдаты получат новую униформу, которая позволит им двигаться быстрее, носить на себе сверхтяжелое вооружение и легко перепрыгивать через скалы и автомашины на своем пути. Та же униформа надежно защитит их от пуль и осколков бомб и гранат.

Концепция механизированного экзоскелета, способного значительно расширить возможности человеческого тела, привлекала Пентагон еще в начале 1960-х. Но лишь недавно, благодаря мощному развитию электронных технологий и созданию новых материалов, фантастическая идея стала явью.

В 2010 году оборонный подрядчик Raytheon продемонстрировал экспериментальную разработку XOS 2. Новинка представляет собой управляемую человеком роботизированную униформу. XOS 2 легко поднимает тяжести, весом в 2-3 раза больше физического предела обычного солдата, причем без всяких усилий со стороны оператора.

Другая компания, Trek Aerospace, занята разработкой летательного аппарата персональной авиации Springtail, экзоскелетного каркаса, снабженного реактивным ранцем, который позволит человеку спокойно лететь со скоростью более 100 км/ч и даже зависать в воздухе на высоте в несколько тысяч метров.

 

Но подобные технологии могут служить не только в военных целях. В ближайшем будущем многие инвалиды-колясочники с повреждением позвоночника и спинного мозга смогут буквально встать на ноги и передвигаться как здоровые люди, благодаря специальным роботизированным костюмам − эрзацу их собственных нервов и мускулов.

Первые версии таких экзоскелетов под названием ReWalk стоимостью в 150 000$ компания Argo Medical Technologies уже выбросила на рынок.

[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=iMm0BHUWZ2Q[/youtube]

ReWalk

©YouTube/ Javier Rosado

Будущее без инвалидов, люди, летающие на работу, дети, играющие в настоящий квиддич, возможность подняться на Эверест для каждого − от перспектив захватывает дух, не правда ли?

Что же на самом деле стоит ожидать от следующих поколений механизированных экзоскелетов? Изменят ли они ход будущих войн или станут обыденным явлением в мирной жизни? С какими препятствиями могут столкнуться инженеры и дизайнеры при разработке новых прототипов?

Для начала оглянемся чуток назад, чтобы понять, где и когда впервые появилась эта концепция и какие этапы прошла на пути своего развития.

Человек дополненный: история развития

Еще в глубокой древности воины носили доспехи для защиты и укрепления своего тела. А вот идея механических мускулов впервые возникла с развитием жанра научной фантастики.

В 1868 году Эдвард Сильвестр Эллис опубликовал «грошовый» роман под названием «Паровой человек в прериях». В нем описывался гигантский паровой двигатель, построенный в форме человеческого тела. Это позволяло изобретателю, гениальному Джонни Брейнерду, спокойно разместившись в своем роботе-тележке, мчаться по прериям со скоростью до 100 км/ч, охотясь на буйволов и распугивая индейцев.

А уже в 1961 году, за два года до создания первых комиксов о Железном Человеке, Пентагон объявил конкурс на создание настоящих роботов-униформ. Американским военным требовался «человек-танк с усиленным рулевым управлением и тормозами».

Танк-солдат должен был уметь быстро передвигаться, поднимать и переносить большие тяжести, а также спокойно выдерживать атаки биологического и химического оружия, высокие температуры и даже радиацию.

В середине 1960-х инженер Нил Майзен из Корнеллского университета действительно разработал каркас экзоскелета весом в 16 кг, который тогдашняя пресса окрестила «костюмом супермена». С его помощью обычный человек мог поднимать тяжести весом до 450 кг − в каждой руке.

В то же самое время компания Дженерал Электрик намеревалась сконструировать устройство 5,5 метров высотой, которое могло бы передвигаться на механических ногах, управляемое оператором изнутри.

Хотя эти разработки и не получили практического применения, исследования по созданию экзоскелетов продолжались. В 1980-х ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали дизайн «костюма Питмена», в котором полностью помещался солдат-пехотинец. Но дальше чертежей дело не пошло, равно как и для следующего проекта униформы-робота Научно-исследовательской лаборатории ВМС США, более напоминавшей Железного Человека.

В течение долгих лет технология безнадежно отставала от фантазии создателей комиксов. Компьютеры работали слишком медленно, энергетические батареи быстро разряжались, электромеханические мускулы получались слишком слабыми, чтобы достойно имитировать движения человека. Тем не менее, идея создания суперсолдат витала не только в кулуарах Голливуда, но и в умах многих генералов Пентагона.

Ученые и инженеры продолжали разрабатывать новые материалы, компьютеры становились все быстрее и мощнее. Технический прогресс, наконец, позволил давней мечте встать на путь реального воплощения.

Человек-машина

Лишь в начале 2000-х костюм Железного Человека перестал казаться фантастикой. Американское агентство передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA), инкубатор новейших технологий Пентагона, получило 75 млн долларов на осуществление проекта «Экзоскелеты для расширения человеческих возможностей».

Планы военных инженеров скромностью не отличались. Требовалось создать персональную униформу-робота, надев которую солдат мог бы таскать сотни килограммов оборудования в течение нескольких дней, управляться в одиночку с тяжелым вооружением, для работы с которым обычно требуются двое. Суперсолдат также должен был суметь спокойно вытаскивать на себе раненых с поля битвы.

Экзоскелет обязан был сделать своего оператора неуязвимым от пуль и прыгучим как кузнечик − на несколько метров в высоту. Неудивительно, что подобные планы были многими восприняты с недоверием, но работы над суперуниформой, тем не менее, начались.

Компании Sarcos удалось разработать новаторскую систему с сенсорами, которые воспринимая небольшие сокращения человеческих мускулов, переводили их с помощью электрических сигналов в движения механического костюма. Получившийся в итоге экзоскелет XOS уже более или менее соответствовал чаяниям Пентагона. Работу над механическим костюмом продолжила Raytheon, поглотившая Sarcos.

В конце прошлого десятилетия к созданию экзоскелетов подключились и японцы. Фирма Cyberdyne представила робот-костюм HAL, который управлялся не сокращениями мускулов оператора, а электрическими сигналами через сенсоры, укрепленными на коже носителя.

В перспективе подобный экзоскелет будет подчиняться любым мысленным командам оператора, хотя до реального осуществления подобной технологии все еще далеко.

Судя по современным тенденциям, в скором будущем Пентагон получит в свое распоряжение целую армию суперсолдат, которые будут двигаться со скоростью автомашин, совершать головокружительные прыжки и таскать грузы на зависть тяжелоатлетам. Уже через несколько лет Железные Люди выпрыгнут из фантазии создателей комиксов в нашу жизнь.

Что же они принесут с собой: угрозу или осуществление мечты многих поколений? Ждет ли нас будущее, в котором даже инвалиды превратятся в суперменов, или же нашествие армии универсальных солдат?

Остается лишь надеяться на лучшее…

Источник: http://naked-science.ru