Praėjus pusei amžiaus nuo darbo egzoskeletų srityje pradžios, pirmieji šios įrangos pavyzdžiai yra paruošti dirbti visavertį darbą. „Lockheed Martin“neseniai pasigyrė, kad jos HULC („Human Universal Load Carrier“) projektas buvo ne tik išbandytas su „Pentagon“, bet ir paruoštas serijinei gamybai. „Exoskeleton HULC“dabar „kvėpuoja į nugarą“keliais panašiais kitų įmonių projektais. Tačiau tokia dizaino gausa ne visada buvo.
Tiesą sakant, idėja sukurti bet kokį prietaisą, kurį galėtų dėvėti žmogus ir žymiai pagerinti jo fizines savybes, atsirado praėjusio amžiaus pirmoje pusėje. Tačiau iki tam tikro laiko tai buvo tik dar viena mokslinės fantastikos rašytojų sąvoka. Praktiškai pritaikomos sistemos kūrimas buvo pradėtas tik pačioje penktojo dešimtmečio pabaigoje. „General Electric“, globojama JAV kariuomenės, pradėjo projektą „Hardiman“. Techninė užduotis buvo drąsi: „GE“egzoskeletas turėjo leisti žmogui dirbti su kroviniais, sveriančiais iki pusantro tūkstančio svarų (apie 680 kilogramų). Jei projektas būtų sėkmingai užbaigtas, Hardimano egzoskeletas turėtų didelių perspektyvų. Taigi kariuomenė ketino panaudoti naujas technologijas, kad palengvintų ginkluotojų darbą oro pajėgose. Be to, „eilėje“buvo branduoliniai mokslininkai, statybininkai ir daugelio kitų pramonės šakų atstovai. Tačiau net po dešimties metų nuo programos pradžios „General Electric“inžinieriai nesugebėjo išversti visko, kas buvo sumanyta, į metalą. Buvo pagaminti keli prototipai, įskaitant veikiančią mechaninę ranką. Didžiulis „Hardymen“nagas buvo varomas hidrauliškai ir galėjo pakelti 750 svarų krovinį (maždaug 340 kg). Remiantis viena veikiančia „pirštine“, buvo galima sukurti antrąją. Tačiau dizaineriai susidūrė su kita problema. Mechaninės egzoskeleto „kojos“nenorėjo tinkamai veikti. „Hardiman“prototipas su viena ranka ir dviem atraminėmis kojomis svėrė mažiau nei 750 kilogramų, o maksimali konstrukcinė talpa buvo mažesnė už jo paties svorį. Dėl šio svorio ir egzoskeleto centravimo ypatumų, keliant krovinį, visa konstrukcija dažnai pradėjo vibruoti, dėl to kelis kartus apvirto. Su karčia ironija projekto autoriai šį reiškinį pavadino „mechaniniu Šv. Vito šokiu“. Kad ir kaip sunkiai „General Electric“dizaineriai kovojo, jiems nepavyko susidoroti su derinimu ir vibracijomis. 70 -ųjų pradžioje Hardimano projektas buvo uždarytas.
Vėlesniais metais darbas eksoskeletų kryptimi tapo neaktyvus. Kartkartėmis su jomis ėmė užsiimti įvairios organizacijos, tačiau beveik visada norimo rezultato nepasiekdavo. Tuo pačiu metu egzoskeleto sukūrimo tikslas ne visada buvo jo karinis panaudojimas. Aštuntajame dešimtmetyje Masačusetso technologijos instituto darbuotojai, be didesnės sėkmės, sukūrė šios klasės įrangą, skirtą neįgaliesiems, turintiems raumenų ir kaulų sistemos traumų, reabilituoti. Deja, tuo metu inžinieriai taip pat trukdė sinchronizuoti įvairias kostiumo dalis. Reikėtų pažymėti, kad egzoskeletai turi keletą būdingų bruožų, dėl kurių jų kūrimas nėra šiek tiek lengvesnis. Taigi, norint žymiai pagerinti žmogaus operatoriaus fizines galimybes, reikia atitinkamo energijos šaltinio. Pastarasis savo ruožtu padidina viso aparato matmenis ir svorį. Antrasis trūkumas slypi žmogaus ir egzoskeleto sąveikoje. Tokios įrangos veikimo principas yra toks: žmogus atlieka bet kokius judesius ranka ar koja. Specialūs jutikliai, susiję su jo galūnėmis, gauna šį signalą ir perduoda atitinkamą komandą veikimo elementams - hidrauliniams ar elektriniams mechanizmams. Kartu su komandų išdavimu tie patys jutikliai užtikrina, kad manipuliatorių judesiai atitiktų operatoriaus judesius. Be judesių amplitudės sinchronizavimo, inžinieriai susiduria su laiko problema. Esmė ta, kad bet kuris mechanikas turi tam tikrą reakcijos laiką. Todėl jis turėtų būti sumažintas, kad būtų patogiau naudoti egzoskeletą. Kalbant apie mažus, kompaktiškus egzoskeletus, kurie dabar akcentuojami, žmogaus ir mašinos judesių sinchronizavimas turi ypatingą prioritetą. Kadangi kompaktiškas egzoskeletas neleidžia padidinti atraminio paviršiaus ir pan., Mechanikai, neturintys laiko judėti kartu su žmogumi, gali turėti neigiamos įtakos naudojimui. Pavyzdžiui, nesavalaikis mechaninės „kojos“judesys gali lemti tai, kad žmogus tiesiog praranda pusiausvyrą ir krenta. Ir tai toli gražu ne visos problemos. Akivaizdu, kad žmogaus koja turi mažiau laisvės laipsnių nei ranka, jau nekalbant apie ranką ir pirštus.
Naujausia karinių egzoskeletų istorija prasidėjo 2000 m. Tuomet Amerikos agentūra DARPA inicijavo EHPA programos („Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for living performance“) pradžią. EHPA programa buvo dalis didesnio „Land Warrior“projekto, siekiant sukurti ateities kario išvaizdą. Tačiau 2007 m. „Land Warrior“buvo atšauktas, tačiau jo egzoskeleto dalis buvo tęsiama. EHPA projekto tikslas buvo sukurti vadinamąjį. pilnas egzoskeletas, kuriame buvo žmogaus rankų ir kojų stiprintuvai. Tuo pačiu metu nereikėjo jokių ginklų ar išlygų. Už DARPA ir Pentagoną atsakingi pareigūnai puikiai žinojo, kad dabartinė padėtis egzoskeletų srityje tiesiog neleidžia jiems aprūpinti papildomų funkcijų. Todėl EHPA programos techniniai reikalavimai reiškia tik galimybę, kad kareivis egzoskeletu ilgai nešios maždaug 100 kilogramų svorio krovinį ir padidins jo judėjimo greitį.
Sacros ir Berklio universitetas (JAV), taip pat japonų „Cyberdyne Systems“pareiškė norą dalyvauti kuriant naujas technologijas. Nuo programos pradžios praėjo dvylika metų, o per tą laiką dalyvių sudėtis šiek tiek pasikeitė. Sacros dabar tapo „Raytheon“koncerno dalimi, o universiteto katedra, pavadinta „Berkeley Bionics“, tapo „Lockheed Martin“padaliniu. Vienaip ar kitaip, dabar pagal EHPA programą sukurti trys egzotinių skeletų prototipai: „Lockheed Martin HULC“, „Cyberdyne HAL“ir „Raytheon XOS“.
Pirmasis iš išvardytų egzoskeletų - HULC - visiškai neatitinka DARPA reikalavimų. Faktas yra tas, kad 25 kilogramų konstrukcijoje yra tik nugaros atramos sistema ir mechaninės „kojos“. Palaikymas rankomis nėra įdiegtas HULC. Tuo pačiu metu fizinės HULC operatoriaus galimybės padidėja dėl to, kad per nugaros atramos sistemą didžioji dalis rankų apkrovos perkeliama į egzoskeleto jėgos elementus ir galiausiai „eina“į žemę. Taikomos sistemos dėka karys gali gabenti iki 90 kilogramų krovinių ir tuo pačiu patirti visus kariuomenės standartus atitinkantį krovinį. HULC maitina ličio jonų baterija, kuri veikia iki aštuonių valandų. Ekonominiu režimu žmogus, esantis egzoskeletu, gali vaikščioti 4-5 kilometrų per valandą greičiu. Didžiausias galimas HULC greitis yra 17-18 km / h, tačiau toks sistemos veikimo režimas žymiai sumažina veikimo laiką nuo vieno akumuliatoriaus įkrovimo. Ateityje „Lockheed Martin“žada aprūpinti HULC kuro elementais, kurių talpos pakaks visai dienai. Be to, vėlesnėse versijose dizaineriai žada „robotizuoti“rankas, o tai žymiai padidins egzoskeleto naudotojo galimybes.
„Raytheon“iki šiol pristatė du šiek tiek panašius egzoskeletus su XOS-1 ir XOS-2 indeksais. Jie skiriasi svorio ir dydžio parametrais ir dėl to daugeliu praktinių savybių. Skirtingai nuo HULC, XOS šeimoje yra rankų reljefo sistema. Abu šie egzoskeletai gali pakelti apie 80–90 kilogramų savo svorio. Pažymėtina, kad abiejų XOS dizainas leidžia ant mechaninių ginklų įdiegti įvairius manipuliatorius. Reikėtų pažymėti, kad XOS-1 ir XOS-2 iki šiol sunaudoja daug energijos. Dėl šios priežasties jie dar nėra autonomiški ir reikalauja išorinio maitinimo šaltinio. Atitinkamai, didžiausias važiavimo greitis ir akumuliatoriaus veikimo laikas yra neįmanomi. Tačiau, pasak „Raytheon“, kabelių energijos poreikis nebus kliūtis naudoti XOS sandėliuose ar karinėse bazėse, kur yra tinkamas elektros šaltinis.
Trečiasis EHPA programos pavyzdys yra „Cyberdyne HAL“. Šiandien aktuali HAL-5 versija. Šis egzoskeletas tam tikru mastu yra pirmųjų dviejų mišinys. Kaip ir HULC, jį galima naudoti savarankiškai - baterijos laiko 2,5-3 valandas. Su „XOS“šeima „Cyberdyne Systems“kūrimą vienija dizaino „išsamumas“: jis apima ir rankų, ir kojų atramines sistemas. Tačiau HAL-5 keliamoji galia neviršija poros dešimčių kilogramų. Panaši situacija ir su šio vystymosi greičio savybėmis. Faktas yra tas, kad japonų dizaineriai daugiausia dėmesio skyrė ne kariniam naudojimui, o neįgalių žmonių reabilitacijai. Akivaizdu, kad tokiems vartotojams tiesiog nereikia didelio greičio ar keliamosios galios. Atitinkamai, jei kariuomenė domisi HAL-5 dabartine būkle, jos pagrindu bus galima pagaminti naują egzoskeletą, pagaląstytą kariniams tikslams.
Iš visų perspektyvių egzoskeletų variantų, pateiktų EHPA konkursui, tik HULC iki šiol pasiekė bandymus kartu su kariuomene. Kai kurios kitų projektų savybės vis dar neleidžia pradėti bandymų lauke. Rugsėjo mėnesį keli HULC rinkiniai bus išsiųsti dalimis, kad būtų galima ištirti egzoskeleto savybes realiomis sąlygomis. Jei viskas vyks sklandžiai, didelio masto gamyba bus pradėta 2014–2015 m.
Tuo tarpu mokslininkai ir dizaineriai turės geresnes koncepcijas ir dizainą. Labiausiai laukiama naujovė egzoskeletų srityje yra pirštinės -robotai. Esami manipuliatoriai dar nėra labai patogūs naudoti įrankius ir panašius daiktus, skirtus rankiniam naudojimui. Be to, tokių pirštinių kūrimas yra susijęs su daugybe sunkumų. Apskritai jie yra panašūs į kitų egzoskeleto mazgų, tačiau šiuo atveju sinchronizavimo problemas apsunkina daugybė mechaninių elementų, žmogaus rankos judėjimo ypatybės ir kt. Kitas egzoskeletų kūrimo žingsnis bus neuroelektroninės sąsajos sukūrimas. Dabar mechanikos judėjimą valdo jutikliai ir servo pavaros. Inžinieriams ir mokslininkams patogiau naudoti valdymo sistemą su elektrodais, kurie pašalina žmogaus nervinius impulsus. Be kita ko, tokia sistema sumažins mechanizmų reakcijos laiką ir dėl to padidins viso egzoskeleto efektyvumą.
Kalbant apie praktinį taikymą, per pastarąjį pusę amžiaus nuomonės apie tai beveik nepasikeitė. Kariuomenė vis dar laikoma pagrindiniu perspektyvių sistemų naudotoju. Jie gali naudoti eksoskeletus pakrovimo ir iškrovimo operacijoms, šaudmenų paruošimui, be to, kovinėje situacijoje, sustiprinti kovotojų galimybes. Reikėtų pažymėti, kad egzoskeletų keliamoji galia bus naudinga ne tik kariuomenei. Plačiai paplitęs technologijų, leidžiančių žmogui žymiai padidinti fizines galimybes, naudojimas gali pakeisti visos logistikos ir krovinių gabenimo veidą. Pavyzdžiui, krovininės puspriekabės pakrovimo laikas, kai nėra krautuvų, sutrumpės dešimtimis procentų, o tai padidins visos transporto sistemos efektyvumą. Galiausiai nervų kontroliuojami egzoskeletai padės neįgaliesiems padėti žmonėms gyventi visavertį gyvenimą. Be to, didelės viltys dedamos į neuroelektroninę sąsają: stuburo traumų atveju ir kt. Sužalojimų atveju smegenų signalai gali nepasiekti tam tikros kūno vietos. Jei mes juos „perimsime“į pažeistą nervo vietą ir nusiųsime į egzoskeleto valdymo sistemą, tada žmogus nebebus prigludęs prie vežimėlio ar lovos. Taigi kariniai įvykiai gali dar kartą pagerinti ne tik kariuomenės gyvenimą. Tik kol kas, kurdami didelius planus, turėtumėte prisiminti apie bandomąją „Lockheed Martin HULC“egzoskeleto operaciją, kuri prasidės tik rudenį. Remiantis jo rezultatais, iš potencialių vartotojų bus galima spręsti apie visos pramonės perspektyvas ir susidomėjimą ja.
