اگر از آنهایی هستید که تمام قسمت ها را با لذت تماشا کرده اید " مرد آهنی"، احتمالاً از آن راضی بودید کت و شلوار آهنی، که تونی استارک قبل از مبارزه با تبهکاران می پوشید. موافقم، داشتن چنین کت و شلواری خوب است. علاوه بر اینکه می تواند در یک چشم به هم زدن شما را به هر جایی برساند، حتی برای نان، بدن شما را از انواع آسیب ها محافظت می کند و قدرتی مافوق بشری می بخشد.

احتمالاً شما را شگفت‌زده نخواهد کرد که به زودی، یک نسخه سبک‌تر از لباس مرد آهنی به سربازان اجازه می‌دهد سریع‌تر بدود، سلاح‌های سنگین‌تری حمل کنند و در زمین‌های ناهموار حرکت کنند. در عین حال، کت و شلوار آنها را از گلوله و بمب محافظت می کند. مهندسان نظامی و شرکت‌های خصوصی از دهه 1960 روی اسکلت‌های بیرونی کار می‌کنند، اما تنها پیشرفت‌های اخیر در علم الکترونیک و مواد، ما را بیش از هر زمان دیگری به تحقق این ایده نزدیک کرده است.

در سال 2010، پیمانکار دفاعی آمریکایی Raytheon یک اسکلت بیرونی آزمایشی به نام XOS 2 را نشان داد که اساساً یک لباس روباتیک است که توسط آن کنترل می شود. مغز انسان- که می تواند دو تا سه برابر بیشتر از یک فرد وزنه برداری کند، بدون هیچ تلاشی یا کمک خارجی. شرکت دیگری به نام Trek Aerospace در حال توسعه یک اسکلت بیرونی با جت پک داخلی است که می تواند با سرعت 112 کیلومتر در ساعت پرواز کند و بی حرکت در بالای زمین شناور شود. این‌ها و تعدادی دیگر از شرکت‌های امیدوارکننده، از جمله هیولاهایی مانند لاکهید مارتین، هر سال لباس مرد آهنی را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کنند.

مصاحبه با خالق اسکلت بیرونی روسی استخانوف را بخوانید.

اسکلت خارجیXOS 2 ازریتون

توجه داشته باشید که نه تنها ارتش از توسعه یک اسکلت بیرونی خوب سود می برد. یک روز، افرادی که دچار آسیب نخاعی یا بیماری‌های تخریبی هستند که تحرک را محدود می‌کنند، به لطف لباس‌های فریم بیرونی، به راحتی می‌توانند حرکت کنند. اولین نسخه‌های اسکلت‌های بیرونی مانند ReWalk از Argo Medical Technologies قبلا وارد بازار شده‌اند و مورد تایید گسترده‌ای قرار گرفته‌اند. با این حال، در حال حاضر، زمینه اسکلت های بیرونی هنوز در مراحل اولیه است.

اسکلت های بیرونی آینده چه انقلابی را به میدان نبرد می دهند؟ مهندسان و طراحان باید بر چه موانع فنی غلبه کنند تا اسکلت های بیرونی برای استفاده روزمره واقعاً کاربردی باشند؟ بیایید آن را بفهمیم.

تاریخچه توسعه اسکلت های بیرونی

رزمندگان از زمان های بسیار قدیم روی بدن خود زره می پوشانند، اما اولین ایده بدن با عضلات مکانیکی در داستان های علمی تخیلی در سال 1868 در یکی از رمان های ادوارد سیلوستر الیس ظاهر شد. کتاب "مرد بخار چمنزار" یک غول را توصیف می کند موتور بخارشکل انسانی، که مخترع خود، جانی برینرد باهوش را با سرعت 96.5 کیلومتر در ساعت هنگام شکار گاو نر و سرخپوستان به حرکت درآورد.

اما این فوق العاده است. اولین حق ثبت اختراع واقعی برای اسکلت بیرونی توسط مهندس مکانیک روسی نیکلای یاگن در دهه 1890 در آمریکا دریافت شد. این طراح که به‌خاطر پیشرفت‌هایش شناخته می‌شود، بیش از 20 سال در خارج از کشور زندگی کرد و ده‌ها ایده را برای توصیف یک اسکلت بیرونی به ثبت رساند که به سربازان اجازه می‌دهد به راحتی بدوند، راه بروند و بپرند. با این حال، در واقع، Yagn تنها برای ایجاد "Stoker's Friend" شناخته شده است - یک دستگاه خودکار که آب را به دیگهای بخار تامین می کند.

اسکلت بیرونی ثبت شده توسط N. Yagn

در سال 1961، دو سال پس از اینکه مارول کامیکس با Iron Man و رابرت هاین‌لاین فیلم Starship Troopers را نوشت، پنتاگون تصمیم گرفت لباس‌های خارجی خود را بسازد. او تصمیم گرفت تا یک "سرباز سروو" بسازد که به عنوان "کپسول انسانی مجهز به فرمان و تقویت کننده" توصیف می شود که به اجسام سنگین اجازه می دهد تا سریع و آسان جابجا شوند و همچنین از پوشنده در برابر گلوله، گاز سمی، گرما و حرارت محافظت می کند. تابش - تشعشع. در اواسط دهه 1960، مهندس دانشگاه کرنل، نیل مایسن، یک اسکلت بیرونی قاب پوشیدنی 15.8 کیلوگرمی ساخت که "کت و شلوار سوپرمن" یا "تقویت کننده انسان" نامیده می شود. این امکان را به کاربر می داد که با هر دست 453 کیلوگرم وزن را بلند کند. در همان زمان، جنرال الکتریک یک دستگاه 5.5 متری مشابه به نام "پدیپولاتور" ساخته بود که توسط یک اپراتور از داخل کنترل می شد.

با وجود این مراحل بسیار جالب، آنها تاج موفقیت آمیزی نداشتند. کت و شلوارها غیرعملی بودند، اما تحقیقات ادامه یافت. در دهه 1980، دانشمندان آزمایشگاه لوس آلاموس طرحی را برای لباس Pitman ایجاد کردند که یک اسکلت بیرونی برای استفاده توسط سربازان آمریکایی است. با این حال، این مفهوم فقط روی تخته طراحی باقی ماند. از آن زمان، جهان شاهد چندین تحول دیگر بوده است، اما کمبود مواد و محدودیت های انرژی به ما اجازه نداده است که لباس واقعی مرد آهنی را ببینیم.

برای سال‌ها، تولیدکنندگان اسکلت بیرونی با محدودیت‌های تکنولوژی مواجه شده‌اند. کامپیوترها برای پردازش دستوراتی که به لباس‌ها نیرو می‌داد بسیار کند بودند. منبع تغذیه کافی برای قابل حمل کردن اسکلت بیرونی به اندازه کافی وجود نداشت، و ماهیچه های محرک الکترومکانیکی که اندام ها را به حرکت در می آوردند بسیار ضعیف و حجیم بودند و نمی توانستند به روشی «انسانی» عمل کنند. با این وجود، شروعی انجام شده بود. ایده یک اسکلت بیرونی برای رشته‌های نظامی و پزشکی بسیار امیدوارکننده بود که به سادگی از آن جدا نشدند.

انسان-ماشین

در اوایل دهه 2000، تلاش برای ایجاد کت و شلوار مرد آهنی واقعی به جایی رسید.

آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی دارپا، انکوباتور پنتاگون برای فناوری های عجیب و غریب و پیشرفته، یک برنامه 75 میلیون دلاری برای ایجاد اسکلت بیرونی برای تکمیل بدن انسان و عملکرد آن راه اندازی کرد. فهرست ملزومات دارپا بسیار جاه طلبانه بود: آژانس خودرویی می خواست که به یک سرباز اجازه دهد صدها کیلوگرم محموله را برای روزها به طور خستگی ناپذیر حمل کند، از اسلحه های بزرگ که معمولاً به دو اپراتور نیاز دارند پشتیبانی کند و بتواند یک سرباز مجروح را به بیرون منتقل کند. میدان جنگ در صورت لزوم در این حالت ماشین باید در برابر آتش آسیب ناپذیر باشد و همچنین به ارتفاع بپرد. بسیاری بلافاصله طرح دارپا را غیرعملی دانستند.

اما نه همه.

Sarcos - به رهبری خالق ربات استیو جاکوبسن، که قبلا یک دایناسور مکانیکی 80 تنی ایجاد کرده بود - با سیستمی نوآورانه که از حسگرها استفاده می کرد و از آن سیگنال ها برای کنترل مجموعه ای از دریچه ها استفاده می کرد، استفاده می کرد که به نوبه خود هیدرولیک را تحت فشار بالا در شیر تنظیم می کرد. مفاصل . مفاصل مکانیکی استوانه‌هایی را به هم متصل می‌کردند که با کابل‌هایی شبیه به تاندون‌هایی بود که ماهیچه‌های انسان را به هم متصل می‌کردند. در نتیجه، اسکلت بیرونی آزمایشی XOS متولد شد که باعث شد یک فرد شبیه یک حشره غول پیکر به نظر برسد. Sarcos در نهایت توسط Raytheon خریداری شد که به توسعه ادامه داد تا نسل دوم لباس را پنج سال بعد معرفی کند.

اسکلت بیرونی XOS 2 مردم را چنان هیجان زده کرد که مجله تایم آن را در لیست 5 برتر سال 2010 قرار داد.

در همین حال، شرکت‌های دیگری مانند Berkeley Bionics در تلاش بودند تا میزان انرژی مورد نیاز پروتزهای مصنوعی را کاهش دهند تا اسکلت بیرونی بتواند به اندازه کافی عمل کند. یک پروژه از دهه 2000، حامل بار انسانی (HULC)، می‌توانست تا 20 ساعت با یک بار شارژ کار کند. پیشرفت کم کم رو به جلو بود.

اسکلت بیرونی HAL

تا پایان این دهه، شرکت ژاپنی Cyberdyne لباس روباتیکی به نام HAL تولید کرد که حتی از نظر طراحی باورنکردنی‌تر بود. HAL به جای تکیه بر انقباضات عضلانی یک اپراتور انسانی، روی حسگرهایی عمل کرد که سیگنال های الکتریکی مغز اپراتور را می خواند. در تئوری، یک اسکلت بیرونی مبتنی بر HAL-5 می‌تواند به کاربر اجازه دهد تا هر کاری را که می‌خواهد فقط با فکر کردن به آن انجام دهد، بدون اینکه حتی یک عضله را حرکت دهد. اما در حال حاضر، این اسکلت های بیرونی پروژه ای از آینده هستند. و مشکلات خاص خود را دارند. به عنوان مثال، تنها چند اسکلت خارجی برای استفاده عمومی تا به امروز تایید شده است. بقیه هنوز در حال آزمایش هستند.

مشکلات توسعه

تا سال 2010، پروژه دارپا برای ایجاد اسکلت بیرونی به نتایج خاصی منجر شد. در حال حاضر، سیستم های اسکلت بیرونی پیشرفته با وزن حداکثر 20 کیلوگرم می توانند تا 100 کیلوگرم محموله را بدون هیچ تلاشی اپراتور بلند کنند. در عین حال، جدیدترین اسکلت های بیرونی ساکت تر از چاپگرهای اداری هستند، می توانند با سرعت 16 کیلومتر در ساعت حرکت کنند، اسکات انجام دهند و بپرند.

چندی پیش، یکی از پیمانکاران دفاعی، لاکهید مارتین، اسکلت بیرونی خود را که برای بلند کردن سنگین طراحی شده بود، معرفی کرد. به اصطلاح "اسکلت بیرونی غیرفعال" که برای کارگران کشتی سازی طراحی شده است، به سادگی بار را به پاهای اسکلت بیرونی روی زمین منتقل می کند.

تفاوت بین اسکلت های بیرونی مدرن و اسکلت های ساخته شده در دهه 60 این است که آنها به حسگرها و گیرنده های GPS مجهز هستند. بنابراین، افزایش بیشتر مخاطرات برای استفاده نظامی. سربازان می‌توانند با استفاده از چنین اسکلت‌های بیرونی، از موقعیت‌یابی دقیق جغرافیایی گرفته تا ابرقدرت‌های اضافی، مزایای زیادی کسب کنند. دارپا همچنین در حال توسعه پارچه های خودکار است که می تواند در اسکلت های بیرونی برای نظارت بر سلامت قلب و تنفس استفاده شود.

اگر صنعت آمریکا به حرکت در این مسیر ادامه دهد، خیلی زود وسایل نقلیه‌ای خواهد داشت که نه تنها می‌توانند «سریع‌تر، بالاتر، قوی‌تر» حرکت کنند، بلکه صدها محموله اضافی را نیز حمل می‌کنند. با این حال، حداقل چندین سال دیگر تا واقعی خواهد بود. مردان آهنینوارد میدان نبرد خواهد شد.

همانطور که اغلب اتفاق می‌افتد، پیشرفت‌های آژانس‌های نظامی (مثلاً اینترنت) می‌تواند سود زیادی در زمان صلح داشته باشد، زیرا این فناوری در نهایت ظاهر می‌شود و به مردم کمک می‌کند. افراد مبتلا به آسیب نخاعی و آتروفی عضلانی که از فلج کامل یا جزئی رنج می برند، می توانند زندگی رضایت بخشی بیشتری داشته باشند. به عنوان مثال، Berkeley Bionics در حال آزمایش eLegs است، یک اسکلت بیرونی با باتری که به فرد اجازه می دهد برای مدت طولانی راه برود، بنشیند یا به سادگی بایستد.

یک چیز مسلم است: روند توسعه سریع اسکلت های بیرونی در ابتدای این قرن آغاز شد (بیایید آن را موج دوم بنامیم)، و اینکه چگونه همه چیز به پایان می رسد، خیلی خیلی زود مشخص خواهد شد. فناوری‌ها هرگز ثابت نمی‌مانند و اگر مهندسان کاری را انجام دهند، آن را به نتیجه منطقی خود می‌رسانند.

اسکلت خارجیبرای اولین بار، می تواند برای مصرف کنندگان انبوه قابل دسترسی تر شود و مزایای عملی واقعی را به همراه داشته باشد. آخرین خبر در این زمینه توسط پورتال صنعت منتشر شده است کامپوزیت ها امروز!

اسکلت بیرونی جدید راه رفتن را راحت تر و راحت تر می کند. این دستگاه یک بوت است که با استفاده از مواد کامپوزیت ساخته شده است و برای کار کردن نیازی به منابع برق ندارد!

اسکلت بیرونی جدید! چقدر مفید است؟

گروهی از توسعه دهندگان آمریکایی متشکل از استیون کالینز, بروس ویدگینو گریگوری ساویتسکیبه جهان ارائه شده است اسکلت خارجی جدیدبه شکل چکمه های عجیب و غریب. محصول جدید جالب استاین واقعیت که طراحی آن با استفاده از مواد خلاقانه ایجاد شده است و شامل استفاده از باتری یا منابع انرژی خارجی نمی شود. این ویژگی ها نه تنها باعث کاهش قابل توجه وزن دستگاه (هر یک وزن چکمه کمتر از یک و نیم است کیلوگرم) بلکه آن را کاملاً خودمختار کنید!

مطالعات نشان داده است که اسکلت بیرونی "عابر پیاده" می تواند مصرف انرژی فرد را هنگام راه رفتن کاهش دهد تا 7 درصد! این نتیجه واقعا است را می توان پیشرفت نامید! اگرچه اولین تلاش ها برای تسهیل حرکت انسان در دهه 80 قرن گذشته آغاز شد، اما امروزه بیشترین موفقیت در این امر در بین دستگاه های خودران تنها توسط باندهای لاستیکی تخصصی حاصل شده است که با عملکرد چکمه های ذکر شده فاصله زیادی دارند. در اصل در مورد اسکلت های بیرونی، در حال حاضر واحدهای زیادی از این نوع در جهان وجود دارد، اما همه آنها، به عنوان یک قاعده، از منابع انرژی مصنوعی استفاده می کنند. این به نوبه خود آزادی و استقلال حرکت را محدود می کند.

Exoskeleton - Boots: چگونه کار می کند (ویدئو)

نحوه عملکرد اسکلت بیرونیدر قالب چکمه بسیار ساده است. این دستگاه که از فیبر کربن ساخته شده، دارای فنری است که از طریق ساق پا متصل می شود دستگاه مکانیکی(جغجغه دار) در پشت درست زیر زانو. اسکلت بیرونی دارای یک قاب ساخته شده از مواد کربنی فیبر سبک وزن و همچنین فنری است که پشت پا را به بالای ساق پا (دقیقا زیر پشت زانو) متصل می کند، جایی که به یک کلاچ مکانیکی متصل می شود. هنگامی که تاندون آشیل کشیده می شود، آستین در حالت بالا قرار می گیرد و فنر مانند تاندون کشیده می شود و انرژی را ذخیره می کند. هنگامی که پای پیاده روی پایین می آید، کلاچ به سمت پایین حرکت می کند، فنر شل می شود و انرژی کشسانی آزاد می شود که دوباره کلاچ را به سمت بالا هل می دهد و چرخه بعدی را شروع می کند. که در نمای کلیچرخه عملیات اسکلت بیرونی شامل مراحل زیر است:

1. جغجغه درگیر می شود.
2. فنر ضعیف می شود، انرژی الاستیک آزاد شده جغجغه را به سمت بالا هل می دهد.
3. جغجغه در بالاترین نقطه ثابت می شود.
4. همانطور که وزن حرکت می کند، فنر کشیده می شود.
5. فنر به حداکثر کشش خود می رسد.
6. جغجغه آزاد می شود، پا یک قدم به جلو حرکت می کند و چرخه تکرار می شود.

لازم به ذکر است که دانشمندان سال هاست روی این پروژه کار می کنند. بسیاری از گزینه های طراحی و مواد مورد آزمایش قرار گرفتند. در نهایت این انتخاب سقوط کرد مواد کامپوزیتبا استفاده از فیبر کربن

نمونه ارائه شده را می توان یک پیشرفت در صنعت و آماده (تا یک درجه یا درجه دیگر) برای استفاده عملی دانست، با این حال، محققان به همین جا بسنده نمی کنند! گزینه هایی برای بهبود طراحی از طریق استفاده از وسایل الکترونیکی که امکان ردیابی را فراهم می کند ویژگیهای فردیپیاده روی و ویژگی های زمین (به عنوان مثال، بالا رفتن از یک کوه).

علاوه بر این، سازندگان اسکلت بیرونی نوآورانه امیدوارند با تولیدکنندگان تجهیزات ورزشی همکاری کنند تا از حمایت مالی و تکنولوژیکی برخوردار شوند که به آنها امکان تجاری سازی اختراع را می دهد. فرض بر این است که چکمه های اسکلت بیرونی قیمتی بیشتر از چکمه های اسکی ندارند. با توجه به این پیش نیازها، می توان فرض کرد که توسعه جدید به وضوح خریدار خود را پیدا خواهد کرد و تقاضا خواهد شد.

تاریخچه اسکلت بیرونی

اولین وسیله ای در تاریخ که می توان آن را به عنوان اسکلت بیرونی طبقه بندی کرد را می توان اختراع یک صنعتگر روسی نامید. نیکلاس یانگ. در سال 1890، او طرحی متشکل از کیسه های گاز فشرده را برای تسهیل حرکت ارائه کرد. به دلایل واضح، اولین اسکلت بیرونی بسیار ابتدایی بود.

گام بعدی در توسعه اسکلت های بیرونی توسط یک مخترع آمریکایی انجام شد لزلی کلیدر سال 1917 طرح، به نام پدوموتور، از انرژی بخار استفاده کرد.

اولین اسکلت بیرونی، به معنای امروزی کلمه، در سال 1960 توسط این شرکت توسعه یافت عمومیبرقیبرای نیازهای نیروهای مسلح آمریکا. دستگاهی به نام هاردیمناین امکان را فراهم کرد تا وزنه هایی تا وزن 110 کیلوگرم را با تلاشی قابل مقایسه با فردی که وزنه 4.5 کیلوگرمی را بلند می کند، بلند کنید. طراحی اسکلت بیرونی شامل مکانیسم های هیدرولیک و الکتریسیته به عنوان منبعی برای عملیات بود. با این حال، هاردیمن نیز تعدادی از کاستی های قابل توجه: وزن مرده بالا (حدود 680 کیلوگرم)؛ سرعت کم؛ سطح پایینکنترل بر دستکاری لازم به ذکر است که این دستگاه به دلیل خطر بالای جان و سلامت تستر، هرگز با فرد داخل تست نشده است.

در سال 1969، اولین اسکلت بیرونی راه رفتن با پنوماتیک در یوگسلاوی ساخته شد.

اسکلت بیرونی از دارپا(عکس: en.Wikipedia.org)

به موفقیت های بسیار بیشتری دست یافت مونتی ریددر حین کار روی یک پروژه دارپا. رید در پرش با چتر مجروح شد. در حالی که در بیمارستان در حال نقاهت بود، کتاب خواند رابرت هاین لاین « سربازان کشتی فضایی " در آن، اسکلت بیرونی دیگر تجهیزات کلیدی یک سرباز نیست. این کتاب الهام بخش رید بود و در سال 1986 جهان ارائه شد لباس زندگی، به عنوان بخشی از پروژه ایجاد شده است پیتمن. تحولات در این راستا ادامه یافت. یکی از آخرین تغییرات، اسکلت بیرونی LifeSUIT 14 بود که می تواند مسافت 1 مایل را با شارژ کامل طی کند و وزن اپراتور را تا 92 کیلوگرم برساند.

در ژانویه 2007، مشخص شد که وزارت دفاع ایالات متحده (پنتاگون) سفارش داده و بودجه ای را در اختیار دانشگاه تگزاس قرار داده است تا کلاس جدیدی از اسکلت بیرونی برای استفاده نظامی ایجاد کند. به عنوان بخشی از این پروژه، از جمله، برنامه ریزی شده بود که پلیمرهای الکترواکتیو مصنوعی که برای افزایش ضریب مقاومت، کاهش وزن سازه و افزایش راندمان حرکت طراحی شده اند، مورد بررسی قرار گیرد. در نتیجه، توسعه دهندگان به موفقیت قابل توجهی دست یافته اند! آنها بر اساس نخ نایلون و خط ماهیگیری ساخته شده بودند. "ماهیچه های پلیمری" از ایالات متحده 100 برابر توانایی های ماهیچه های انسان است! علاوه بر این، قیمت آنها تنها 5 دلار برای هر کیلوگرم است، در حالی که ماهیچه های اسکلت بیرونی ساخته شده از آلیاژهای تیتانیوم و نیکل حداقل 3000 دلار در هر کیلوگرم هزینه دارند.

از اواخر سال 2013، تحقیقات فعالی در مورد موضوع اسکلت های بیرونی در روسیه انجام شده است. هدف این پروژه که ExoAtlet نام دارد، ایجاد مکانیزمی است که برای اهداف پزشکی در نظر گرفته شده است.

چرا به اسکلت بیرونی نیاز دارید؟

مکانیزمی که می تواند حرکت فرد را تسهیل کند و قدرت بدنی او را افزایش دهد، چشم انداز خوبی را نوید می دهد!

امروزه، کارشناسان 3 ناحیه اصلی را که اسکلت بیرونی در آن ها تقاضای زیادی دارد، شناسایی می کنند.

1. اول از همه، این است - صنعت نظامی! در واقع، اینجا بود که اسکلت های بیرونی انگیزه اولیه خود را برای توسعه و پیشرفت دریافت کردند. این طرح به سرباز کمک می کند وزن بیشتری (از جمله سلاح) حمل کند و با یک لایه زره از او محافظت کند.
2. اسکلت های بیرونی نیز می توانند مزایای زیادی به همراه داشته باشند در بخش پزشکی. آنها زندگی را برای افرادی که سیستم اسکلتی عضلانی آسیب دیده دارند آسان تر می کنند و به تحرک کمک می کنند.
3. سومین زمینه ای که اسکلت های بیرونی مورد تقاضا خواهند بود، استفاده از ساختارهای مشابه است برای کار. مثلاً در عملیات ساختمانی یا بارگیری و تخلیه.

بنابراین می توان بیان کرد که اسکلت بیرونی - واحد آینده! اگر چند میلیون دلار دارید، احتمالاً باید به فکر سرمایه گذاری در این بخش از اقتصاد ملی باشید.

متوجه اشتباه شدید؟ آن را انتخاب کرده و Ctrl+Enter را فشار دهید

اسکلت بیرونی یک قاب خارجی است که به فرد اجازه می دهد تا اقدامات واقعاً خارق العاده ای انجام دهد: وزنه بردارید، پرواز کند، با سرعت زیاد بدود، جهش های غول پیکر انجام دهد و غیره. و اگر فکر می کنید که فقط شخصیت های اصلی "مرد آهنی" یا "آواتار" چنین وسایلی دارند، عمیقاً در اشتباه هستید. آنها از دهه 60 در دسترس بشریت بوده اند. قرن آخر؛ علاوه بر این، می توانید یاد بگیرید که چگونه یک اسکلت بیرونی را با دستان خود جمع کنید! با این حال، اول چیزها.

اسکلت بیرونی: مقدمه

امروز می توانید به راحتی یک اسکلت بیرونی برای خود بخرید - محصولات مشابه توسط Ekso Bionics و Hybrid Assistive Limb (ژاپن)، Indego (ایالات متحده آمریکا)، ReWalk (اسرائیل) تولید می شوند. اما فقط اگر 75-120 هزار یورو اضافی داشته باشید. در روسیه در حال حاضر فقط اسکلت بیرونی پزشکی تولید می شود. آنها توسط شرکت Exoatlet طراحی و تولید می شوند.

دانشمندانی از جنرال الکتریک و شرکت های نظامی ایالات متحده اولین اسکلت بیرونی را با دستان خود در دهه شصت قرن گذشته ساختند. این هاردیمن نام داشت و می توانست آزادانه حداکثر بار 110 کیلوگرمی را در هوا بلند کند. فردی که این دستگاه را بر روی خود قرار داده، باری را در این کار تجربه کرده است، گویی 4.5 کیلوگرم را بلند کرده است! فقط خود هاردیمن تمام 680 کیلوگرم وزن را داشت. به همین دلیل تقاضای زیادی برای او نداشت.

تمام اسکلت های بیرونی به سه نوع تقسیم می شوند:

کاملا رباتیک؛

• برای پاها

وزن لباس های روباتیک مدرن از 5 تا 30 کیلوگرم یا بیشتر است. آنها می توانند فعال یا غیرفعال باشند (فقط به دستور اپراتور کار می کنند). اسکلت های بیرونی بر اساس هدفشان به نظامی، پزشکی، صنعتی و فضایی تقسیم می شوند. بیایید به قابل توجه ترین آنها نگاه کنیم.

چشمگیرترین اسکلت های بیرونی زمان ما

البته، در آینده نزدیک امکان جمع آوری چنین اسکلت های بیرونی با دستان خود در خانه وجود نخواهد داشت، اما ارزش آشنایی با آنها را دارد:

• DM (ماشین رویا). این یک اسکلت بیرونی هیدرولیک تمام اتوماتیک است که با صدای اپراتور آن کنترل می شود. وزن این دستگاه 21 کیلوگرم است و می تواند یک فرد تا وزن صد وزن را تحمل کند. تاکنون برای توانبخشی بیمارانی که به دلیل بیماری های سیستم عصبی مرکزی یا سایر بیماری های عصبی عضلانی نمی توانند راه بروند استفاده می شود. هزینه تقریبی 7 میلیون روبل است.
• اکسو جی تی. ماموریت این اسکلت بیرونی مانند مورد قبلی است - به افرادی که آسیب شناسی عملکردهای حرکتی پاها دارند کمک می کند. مشخصات مشابه قبلی است، قیمت 7.5 میلیون روبل است.
• راهپیمایی مجدد. فراخوان داده شد تا بار دیگر به افراد مبتلا به فلج حرکتی بدهند. وزن دستگاه 25 کیلوگرم است و می تواند بدون شارژ مجدد به مدت 3 ساعت کار کند. اسکلت بیرونی در اروپا و ایالات متحده آمریکا با مبلغی معادل 3.5 میلیون روبل موجود است.
• REX. امروزه این دستگاه را می توان در روسیه با قیمت 9 میلیون روبل خریداری کرد. اسکلت بیرونی به افراد مبتلا به فلج پا نه تنها راه رفتن مستقل، بلکه توانایی ایستادن/نشستن، چرخیدن، راه رفتن در ماه، پایین رفتن از پله ها و غیره را نیز می دهد. REX توسط یک جوی استیک کنترل می شود و می تواند بدون شارژ مجدد در تمام طول روز کار کند.
• HAL (دسته کمکی هیبریدی). دو نسخه وجود دارد - برای بازوها و برای بازوها / پاها / نیم تنه. این اختراع به اپراتور اجازه می دهد تا وزنه ای 5 برابر سنگین تر از حد مجاز برای یک فرد بلند کند. همچنین برای توانبخشی افراد فلج استفاده می شود. این اسکلت بیرونی تنها 12 کیلوگرم وزن دارد و شارژ آن 1.0-1.5 ساعت طول می کشد.

چگونه اسکلت بیرونی خود را بسازیم: جیمز هاکسمیت هابسون

اولین و تا کنون تنها فردی که موفق به ساخت اسکلت بیرونی در خارج از آزمایشگاه شد، مهندس کانادایی جیمز هابسون است. مخترع دستگاهی را مونتاژ کرده است که به او اجازه می دهد تا بلوک های خاکستری 78 کیلوگرمی را آزادانه به هوا بلند کند. اسکلت بیرونی آن بر روی سیلندرهای پنوماتیکی کار می کند که انرژی آن توسط کمپرسور تامین می شود و دستگاه با استفاده از کنترل از راه دور کنترل می شود.

کانادایی اختراع خود را مخفی نگه نمی دارد. شما می توانید با الگوبرداری از او در وب سایت مهندس و در کانال یوتیوب او نحوه مونتاژ یک اسکلت بیرونی را با دستان خود بیاموزید. با این حال، به خاطر داشته باشید که وزن بلند شده توسط چنین اسکلت بیرونی تنها بر روی ستون فقرات اپراتور قرار می گیرد.

اسکلت بیرونی DIY: نمودار ناهموار

هیچ دستورالعمل دقیقی برای مونتاژ آسان اسکلت بیرونی در خانه وجود ندارد. با این حال، واضح است که نیاز به:

• قاب، با قدرت و تحرک مشخص می شود.
• پیستون های هیدرولیک؛
• اتاق های فشار؛
• پمپ های خلاء؛
• منبع تغذیه؛
• لوله های بادوام که می توانند فشار بالا را تحمل کنند.
• کامپیوتر برای کنترل؛
• سنسورها؛
• نرم افزاری که به شما امکان می دهد اطلاعات را از حسگرها ارسال و تبدیل کنید کار مورد نیازدریچه ها

این ترکیب تقریباً چگونه کار خواهد کرد:

1. یک پمپ باید فشار را در سیستم افزایش دهد، دیگری باید آن را کاهش دهد.
2. عملکرد شیرها به فشار در محفظه های فشار بستگی دارد که افزایش/کاهش آن سیستم را کنترل می کند.
3. ترتیب سنسورها (در برابر حرکت اندام): شش - بازو، چهار - پشت، سه - پا، دو پا (در مجموع بیش از 30).
4. نرم افزار کامپیوتری باید فشار روی سنسورها را از بین ببرد.
5. سیگنال های حسگر باید به دو دسته مشروط تقسیم شوند (اطلاعات آنها در صورتی مفید است که حسگر بدون قید و شرط در مورد فشاری که تجربه می کند صحبت نکند) و غیرشرطی. شرطی بودن/غیرشرطی بودن این عناصر را می توان به عنوان مثال با شتاب سنج تعیین کرد.
6. دست‌های اسکلت بیرونی سه انگشتی هستند که از مچ دست اپراتور جدا شده‌اند تا از آسیب‌دیدگی جلوگیری کرده و استحکام بیشتری ایجاد کنند.
7. منبع تغذیه پس از مونتاژ و آزمایش آزمایشی اسکلت بیرونی انتخاب می شود.

تا به حال فقط در زمینه توانبخشی آنها شروع به ورود به زندگی ما کرده اند. مخترعانی در حال ظهور هستند که قادر به ساخت چنین دستگاهی در خارج از آزمایشگاه هستند. این کاملاً ممکن است که در آینده نزدیک هر دانش آموز بتواند با دستان خود اسکلت بیرونی استالکر را جمع کند. در حال حاضر می توان پیش بینی کرد که چنین سیستم هایی در آینده هستند.

یادم می‌آید که «آواتار» را تماشا کردم و از اسکلت‌های بیرونی نشان داده شده در آنجا کاملاً متحیر شدم. از آن زمان، من فکر می کنم که آینده در اختیار این قطعات سخت افزاری هوشمند است. من همچنین واقعاً می خواهم دست های کوچک گمراه خود را در این موضوع اعمال کنم. علاوه بر این، اگر به آژانس تحلیلی ABI Research اعتقاد داشته باشید، بازار جهانی اسکلت‌های بیرونی تا سال 2025 به 1.8 میلیارد دلار خواهد رسید. در این مرحله، که یک تکنسین، مهندس، معمار یا برنامه‌نویس نیستم، تا حدودی گیج شده‌ام. من به این فکر می کنم که چگونه به این موضوع نزدیک شوم. خوشحال می شوم افرادی که به طور بالقوه علاقه مند به شرکت در چنین پروژه هایی هستند در نظرات مقاله ذکر شوند.
در حال حاضر چهار شرکت کلیدی در بازار اسکلت بیرونی فعال هستند: Indego آمریکایی، ReWalk اسرائیل، اندام کمکی هیبریدی ژاپنی و Ekso Bionics. هزینه متوسطقیمت محصولات آنها از 75 تا 120 هزار یورو است. در روسیه نیز مردم بدون انجام کاری نمی نشینند. به عنوان مثال، شرکت Exoathlete به طور فعال روی اسکلت های بیرونی پزشکی کار می کند.

اولین اسکلت بیرونی به طور مشترک توسط جنرال الکتریک و ارتش ایالات متحده در دهه 60 ساخته شد و Hardiman نام داشت. او می توانست 110 کیلوگرم را با نیروی بالابر 4.5 کیلوگرمی بلند کند. اما به دلیل وزن قابل توجه 680 کیلوگرمی غیرعملی بود. پروژه موفق نبود. هر تلاشی برای استفاده از یک اسکلت بیرونی کامل منجر به حرکت شدید و کنترل نشده می‌شد که در نتیجه هرگز به طور کامل با شخصی در داخل آزمایش نشد. مطالعات بیشتر بر روی یک بازو متمرکز شد. اگرچه او قرار بود وزنه 340 کیلوگرمی را بلند کند، اما وزن او 750 کیلوگرم بود که دو برابر نیروی بلندکننده بود. بدون اینکه همه اجزا با هم کار کنند استفاده عملیپروژه هاردیمن محدود بود.

در ادامه داستان کوتاهی در مورد اسکلت‌های بیرونی مدرن وجود خواهد داشت که به هر طریقی به سطح پیاده‌سازی تجاری رسیده‌اند.

1. پیاده روی مستقل. به عصا یا سایر وسایل تثبیت کننده نیاز ندارد، در حالی که دستان شما را آزاد می گذارد.
4. اسکلت بیرونی پاها به شما امکان می دهد: بایستید/بنشینید، بچرخید، به عقب راه بروید، روی یک پا بایستید، از پله ها بالا بروید، روی سطوح مختلف حتی شیب دار راه بروید.
5. کنترل دستگاه بسیار آسان است - همه عملکردها با استفاده از جوی استیک فعال می شوند.
6. دستگاه را می توان در تمام طول روز به لطف باتری قابل جابجایی با ظرفیت بالا استفاده کرد.
7. با وزن سبک REX که تنها 38 کیلوگرم است، می تواند از کاربرانی با وزن 100 کیلوگرم و با قد 1.42 تا 1.93 متر پشتیبانی کند.
8. سیستم تثبیت راحت هیچ ناراحتی ایجاد نمی کند حتی اگر آن را در تمام روز بپوشید.
9. همچنین، زمانی که کاربر حرکت نمی کند، بلکه فقط می ایستد، REX انرژی باتری را هدر نمی دهد.
10. دسترسی به ساختمان های بدون رمپ، به لطف توانایی بالا رفتن از پله ها بدون کمک.

HAL

HAL ( اندام کمکی هیبریدی) – یک اسکلت بیرونی روباتیک با اندام فوقانی است. در حال حاضر، دو نمونه اولیه ساخته شده است - HAL 3 (بازیابی عملکرد حرکتی پاها) و HAL 5 (بازیابی عملکرد بازوها، پاها و بالاتنه). با HAL 5، اپراتور قادر به بلند کردن و حمل اجسام تا پنج برابر وزن است حداکثر باردر شرایط عادی

قیمت در روسیه: آنها 243600 روبل قول دادند. این اطلاعات تایید نشد.

امکانات و مشخصات فنی:

1. وزن دستگاه 12 کیلوگرم.
3. دستگاه می تواند از 60 تا 90 دقیقه بدون شارژ مجدد کار کند.
4. اسکلت بیرونی به طور فعال در توانبخشی بیماران مبتلا به آسیب شناسی عملکردهای حرکتی اندام تحتانی به دلیل اختلالات سیستم عصبی مرکزی یا در نتیجه بیماری های عصبی عضلانی استفاده می شود.

راهپیمایی مجدد

Rewalk یک اسکلت بیرونی است که به افراد پاراپلژیک اجازه راه رفتن می دهد. دستگاه ReWalk مانند یک اسکلت بیرونی یا لباس بیوالکترونیک از حسگرهای خاصی برای تشخیص انحرافات در تعادل فرد استفاده می کند و سپس آنها را به تکانه هایی تبدیل می کند که حرکات او را عادی می کند و به فرد اجازه راه رفتن یا ایستادن می دهد. ReWalk در حال حاضر در اروپا در دسترس است و در حال حاضر FDA در ایالات متحده تایید شده است.

قیمت در روسیه:از 3.4 میلیون روبل (در صورت سفارش).

امکانات و مشخصات فنی:

1. وزن دستگاه 25 کیلوگرم.
2. اسکلت بیرونی می تواند تا 80 کیلوگرم را تحمل کند.
3. دستگاه می تواند تا 180 دقیقه بدون شارژ مجدد کار کند.
4. زمان شارژ باتری 5-8 ساعت
5. اسکلت بیرونی به طور فعال در توانبخشی بیماران مبتلا به آسیب شناسی عملکردهای حرکتی اندام تحتانی به دلیل اختلالات سیستم عصبی مرکزی یا در نتیجه بیماری های عصبی عضلانی استفاده می شود.

اکسو بیونیک

Ekso GT یکی دیگر از پروژه های اسکلت بیرونی است که به افراد مبتلا به بیماری های اسکلتی عضلانی شدید کمک می کند تا توانایی حرکت را دوباره به دست آورند.

قیمت در روسیه:از 7.5 میلیون روبل (در صورت سفارش).

امکانات و مشخصات فنی:

1. وزن دستگاه 21.4 کیلوگرم.
2. اسکلت بیرونی می تواند تا 100 کیلوگرم را تحمل کند.
3. حداکثر عرضباسن: 42 سانتی متر;
4. وزن باتری: 1.4 کیلوگرم;
5. ابعاد (HxWxD): 0.5 x 1.6 x 0.4 متر.
6. اسکلت بیرونی به طور فعال در توانبخشی بیماران مبتلا به آسیب شناسی عملکردهای حرکتی اندام تحتانی به دلیل اختلالات سیستم عصبی مرکزی یا در نتیجه بیماری های عصبی عضلانی استفاده می شود.

DM

DM ( ماشین رویایی) – یک اسکلت بیرونی خودکار هیدرولیک با سیستم کنترل صوتی.

قیمت در روسیه: 700000 روبل.

امکانات و مشخصات فنی:

1. وزن دستگاه 21 کیلوگرم.
2. اسکلت بیرونی باید وزن کاربر را تا 100 کیلوگرم تحمل کند.
3. دامنه کاربرد می تواند بسیار گسترده تر از توانبخشی بیماران مبتلا به آسیب شناسی عملکرد حرکتی اندام تحتانی به دلیل اختلالات سیستم عصبی مرکزی یا در نتیجه بیماری های عصبی عضلانی باشد. این می تواند صنعت، ساخت و ساز، تجارت نمایش و صنعت مد باشد.

موضوعات مورد بحث:

1. ترکیب بهینه یک تیم پروژه چیست؟
2. هزینه پروژه در مرحله اولیه چقدر است؟
3. چه مشکلاتی وجود دارد؟
4. چگونه می بینید زمان بهینهاجرای یک پروژه از ایده تا راه اندازی تجاری؟
5. آیا ارزش شروع یک پروژه مشابه را در حال حاضر دارد و چرا؟
6. جغرافیا و گسترش بازار چگونه باید باشد؟
7. آیا شما شخصاً آماده شرکت در چنین پروژه ای هستید و اگر چنین است، در چه مقامی؟

Z.Y.از بحث سازنده، نظرات، استدلال ها و استدلال های موافق و مخالف در نظرات سپاسگزار خواهم بود. مطمئنم من تنها کسی نیستم که به این موضوع فکر می کنم. در همین حال، من مطمئن هستم که اسکلت بیرونی آیفون جدید در فرهنگ عامه جهان در افق ده سال آینده است.

اسکلت بیرونی DIY

چگونه می توانید یک اسکلت بیرونی را خودتان پیاده سازی کنید؟

برای اینکه آن را به شدت قوی کنید، همانطور که من فهمیدم، باید به هیدرولیک بچسبید.
برای اینکه سیستم هیدرولیک کار کند شما نیاز دارید:

- قاب بادوام و متحرک
-به حداقل مجموعه مورد نیازپیستون های هیدرولیک (من آنها را "عضله" می نامم)
- دو پمپ خلاء، دو محفظه فشار با سیستم شیر متصل به یک لوله.
-لوله هایی که می توانند فشار بالا را تحمل کنند.
-منبع تغذیه اسکلت خارجی
برای کنترل سیستم شیر:
-یک کامپیوتر کوچک مرده
- حدود 30 سنسور با هفت درجه (مثلا) متناسب با درجه باز بودن دریچه
- یک برنامه ویژه که قادر به خواندن حالات حسگرها و ارسال دستورات مربوطه به شیرها است.

چرا این همه لازم است:

- "ماهیچه ها" و قاب در واقع کل سیستم اسکلتی عضلانی هستند.
-پمپ های خلاء چرا دو به طوری که یکی فشار را در محفظه های فشار، لوله ها و ماهیچه ها افزایش می دهد و دومی آن را کاهش می دهد.
- محفظه های فشار که توسط یک لوله متصل می شوند. در یکی، فشار را افزایش دهید، در دوم، کاهش دهید، و لوله را با دریچه ای مجهز کنید که فقط در دو حالت باز می شود: یکسان کردن فشار، اطمینان از بیکاری مایع.
-دریچه ها ساده است و سیستم کارآمدکنترل، که به فشار در محفظه فشار و کنترل کامپیوتر بستگی دارد. افزایش فشار در محفظه فشار با باز کردن دریچه های کانال های "ماهیچه های تحت فشار" به شما امکان می دهد اقدامات خاصی را انجام دهید ، فشار روی پیستون های هیدرولیک را افزایش دهید ، قسمت های متحرک اسکلت (قاب) را افزایش دهید.

سنسورها، چرا حدود سی دو تا برای پاها، شش تا برای بازوها و 4 تا برای پشت. چگونه آنها را مرتب کنیم؟ در برابر حرکت اندام ها به طوری که پایی که به جلو رانده می شود، از داخل به اسکلت بیرونی و به حسگر سمت داخلی آن فشار وارد می کند. من بیشتر توضیح خواهم داد که چرا اینطور است.
- یک کامپیوتر با یک برنامه وظیفه اصلی رایانه و برنامه این است که اطمینان حاصل شود که حسگرها فشاری را تجربه نمی کنند، در این صورت فرد داخل آن مقاومت غیر ضروری اسکلت بیرونی را احساس نمی کند، که بدون توجه به فعالیت اعصاب تلاش می کند تا حرکات انسان را تکرار کند. ماهیچه‌ها یا سایر شاخص‌های بیومتریک، در نتیجه امکان استفاده از حسگرهای بسیار ارزان‌تر از مثلاً در اسکلت‌های بیرونی پیشرفته را فراهم می‌کند. سیگنال های حسگر برای کامپیوتر باید به دو گروه تقسیم شوند: با کنترل بی قید و شرط سیستم هیدرولیکو تنها به شرطی پذیرفته می شود که سنسور مقابل با کنترل بی قید و شرط فشار را تجربه نکند. اگر فرد خودش آن را صاف نکند، این پیاده‌سازی باعث می‌شود که پا در حالت استراحت با زانو روی زمین قرار نگیرد. اما برای انجام این کار، فرد داخل اسکلت بیرونی باید پای خود را از روی زمین بلند کند (یا باید به طور برنامه ریزی شده حساسیت حسگرهای ایجاد شده توسط این شرایط را کاهش دهد). با استفاده از پا به عنوان مثال: سنسورها را با سیگنال بدون قید و شرط در سمت جلو، و سنسورهایی با سیگنال بدون شرط را در پشت قرار دهید. خودتان تصور کنید که حرکت چگونه انجام خواهد شد. وقتی فردی پای خود را خم می کند، حتی اگر تمام وزن فرد روی حسگرهایی باشد که پا را دراز می کنند، پای اسکلت بیرونی خم می شود. در اینجا، با استفاده از یک شتاب‌سنج (یا دستگاه دیگری شبیه به دهلیزی)، می‌توانید به صورت برنامه‌ریزی تغییری را در سیگنال‌های حسگر بسته به موقعیت بدن در فضا تنظیم کنید و پیچش اسکلت بیرونی هنگام افتادن روی پشت را از بین ببرید.

بعد، برای افزایش استحکام، دست ها را سه انگشتی، قوی کنید، می توانید هیدرولیک و یک کابل فلزی را ترکیب کنید. دست باید از دست انسان جدا باشد، یعنی جلوی مفصل مچ دست باشد، این کار مشکلات طراحی مرتبط با حضور دست انسان در اسکلت بیرونی دست را از بین می برد و اجازه آسیب به دست انسان را نمی دهد. همانطور که پای انسان باید روی مفصل مچ پا اسکلت بیرونی باشد و محافظت شود.
-کنترل دستی فضای کمی آزاد برای دو سوم آزادی حرکت دست و انگشتان یک فرد در اسکلت بیرونی دست و سیستمی از سه حلقه روی کابل ها، سه انگشت از انگشت کوچک تا انگشت میانی در یک انگشت، اشاره در دیگری و انگشت شست در سومی. تمام کنترل به این واقعیت مربوط می شود که انگشتان انسان با حرکت دادن حلقه ای که روی آنها قرار داده شده است ، چرخ سنسور را با یک کابل حرکت می دهند ، بسته به چرخش آن انگشتان اسکلت بیرونی خم و صاف می شوند. این امر منتفی خواهد بود تلاش بیشترهیدرولیک برای گسترش یا خم کردن انگشتان اسکلت بیرونی فراتر از قابلیت های طراحی آن. از یک کابل برای دو حلقه، یک یا دو برای یک حلقه استفاده کنید. چرا؟ زیرا انگشتان از انگشت کوچک تا انگشت سبابه فقط در یک جهت و شست در دو جهت باید خم و خم نشوند. اگر بخواهید، می توانید آن را با دستان خود بررسی کنید.

منبع تغذیه اسکلت خارجی- در اینجا دوباره یک تیکه وحشتناک با این کار بیرون می آید. شما باید تنها پس از انجام تمام محاسبات لازم، بهینه سازی طراحی اسکلت بیرونی و اندازه گیری مصرف انرژی آن، منبع تغذیه را انتخاب کنید.