Esoscheletro fai da te

Come puoi implementare tu stesso un esoscheletro?

Per renderlo estremamente forte, a quanto ho capito, dovresti attenersi all'idraulica.
Perché il sistema idraulico funzioni è necessario:

- Telaio resistente e mobile
-minimamente insieme necessario pistoni idraulici (li chiamerò “muscoli”)
- due pompe per vuoto, due camere a pressione con un sistema di valvole collegate da un tubo.
-tubi in grado di resistere all'alta pressione.
-Alimentazione elettrica esoscheletro
Per controllare il sistema di valvole:
-Un piccolo computer morto
-circa 30 sensori con sette (per esempio) gradi proporzionali ai gradi di apertura della valvola
- uno speciale programma in grado di leggere gli stati dei sensori e inviare i relativi comandi alle valvole.

Perché tutto questo è necessario:

- I “muscoli” e il telaio sono in realtà l'intero sistema muscolo-scheletrico.
-pompe per vuoto. perché due? in modo che uno aumenti la pressione nelle camere di pressione, nei tubi e nei muscoli, e il secondo la riduca.
-camere a pressione collegate da un tubo. in uno si aumenta la pressione, nel secondo si diminuisce e si dota il tubo di una valvola che si apre solo in due casi: equalizzando la pressione, garantendo il minimo del liquido.
-valvole. è semplice e sistema efficiente controllo, che dipenderà dalla pressione nella camera di pressione e dal controllo del computer. aumentare la pressione nella camera di pressione aprendo le valvole dei canali dei “muscoli stressati” consentirà di eseguire determinate azioni, aumentando la pressione sui pistoni idraulici, spostando parti dello scheletro (telaio).

Sensori, perché circa trenta? Due per i piedi, tre per le gambe, sei per le braccia e 4 per la schiena. come sistemarli? contro il movimento degli arti. in modo che la gamba spinta in avanti eserciti pressione dall'interno sull'esoscheletro e sul sensore posto sul suo lato interno. Spiegherò ulteriormente perché è così.
- un computer con un programma. Il compito principale del computer e del programma è quello di assicurarsi che i sensori non subiscano pressione, quindi la persona all'interno non sentirà la resistenza inutile dell'esoscheletro, che si sforzerà di ripetere i movimenti umani indipendentemente dall'attività dei nervi, muscoli o altri indicatori biometrici, consentendo così l’uso di sensori molto più economici rispetto, ad esempio, agli esoscheletri ad alta tecnologia. i segnali dei sensori per il computer dovrebbero essere divisi in due gruppi: con controllo incondizionato sistema idraulico e accettato solo a condizione che il sensore opposto con controllo incondizionato non subisca pressione. Questa implementazione manterrà la gamba appoggiata con il ginocchio a terra dall'estensione automatica se la persona non la raddrizza da sola. Ma per fare ciò, la persona all’interno dell’esoscheletro dovrà sollevare la gamba da terra (o dovrà ridurre programmaticamente la sensibilità dei sensori attivati ​​dalla condizione). Utilizzando la gamba come esempio: posizionare i sensori con segnale incondizionato sul lato anteriore e i sensori con segnale incondizionato sul retro. Immagina tu stesso come verrà eseguito il movimento. quando una persona piega la gamba, l'esoscheletro della gamba si piegherà anche se l'intero peso della persona grava sui sensori che estendono la gamba. Qui, utilizzando un accelerometro (o un altro dispositivo simile a quello vestibolare), è possibile impostare programmaticamente una modifica nell'incondizionalità dei segnali del sensore in base alla posizione del corpo nello spazio, eliminando la torsione dell'esoscheletro quando si cade sulla schiena.

Successivamente, per aumentare la forza, rendere le mani a tre dita, forti, è possibile combinare l'idraulica e un cavo metallico. la mano dovrebbe essere separata da quella umana, cioè davanti all'articolazione del polso, questo eliminerà le difficoltà di progettazione associate alla presenza della mano umana nell'esoscheletro della mano e non consentirà lesioni alla mano umana, nonché poiché il piede umano dovrebbe trovarsi sull'articolazione della caviglia dell'esoscheletro e protetto.
-controllo manuale. un piccolo spazio libero per due terzi della libertà di movimento della mano e delle dita di una persona nell'esoscheletro mano e un sistema di tre anelli su cavi, tre dita dal mignolo al medio in una, l'indice in l'altro e il pollice nel terzo. tutto il controllo si riduce al fatto che le dita umane, muovendo l'anello che viene messo su di esse, fanno scorrere la ruota del sensore con un cavo, a seconda della rotazione di cui le dita dell'esoscheletro si piegano e si raddrizzano. questo escluderà impegno straordinario idraulica per estendere o piegare le dita dell'esoscheletro oltre le sue capacità progettuali. Utilizzare un cavo per due squilli, uno o due. Perché? perché le dita dal mignolo all'indice devono essere piegate e non piegate solo in una direzione e il pollice in due. Se vuoi, puoi verificarlo con le tue mani.

Alimentazione elettrica esoscheletro- anche qui viene fuori una terribile stronzata. È necessario selezionare una fonte di alimentazione solo dopo aver effettuato tutti i calcoli necessari, massimizzando l'ottimizzazione della progettazione dell'esoscheletro e misurandone il consumo energetico.

Ricordo di aver guardato "Avatar" e di essere rimasto completamente sbalordito dagli esoscheletri mostrati lì. Da allora, penso che il futuro risieda in questi componenti hardware intelligenti. Voglio anche davvero applicare le mie piccole mani fuorviate a questo argomento. Inoltre, secondo l’agenzia di analisi ABI Research, il mercato globale degli esoscheletri sarà di 1,8 miliardi di dollari entro il 2025. In questa fase, non essendo un tecnico, ingegnere, architetto o programmatore, sono un po’ confuso. Sto pensando a come affrontare questo argomento. Sarei felice se le persone potenzialmente interessate a partecipare a tali progetti venissero segnalate nei commenti all'articolo.
Attualmente sono quattro le aziende chiave che operano nel mercato degli esoscheletri: l’americana Indego, l’israeliana ReWalk, la giapponese Hybrid Assistive Limb e la Ekso Bionics. costo medio i loro prodotti vanno dai 75 ai 120mila euro. Anche in Russia le persone non si siedono senza fare nulla. Ad esempio, la società Exoathlete sta lavorando attivamente sugli esoscheletri medici.

Il primo esoscheletro fu sviluppato congiuntamente dalla General Electric e dall'esercito degli Stati Uniti negli anni '60 e fu chiamato Hardiman. Poteva sollevare 110 kg con una forza di sollevamento di 4,5 kg. Tuttavia, era poco pratico a causa della sua massa significativa di 680 kg. Il progetto non ha avuto successo. Qualsiasi tentativo di utilizzare un esoscheletro completo ha provocato movimenti intensi e incontrollati, per cui non è mai stato testato completamente con una persona all'interno. Ulteriori studi si sono concentrati su un braccio. Anche se avrebbe dovuto sollevare 340 kg, il suo peso era di 750 kg, ovvero il doppio della forza di sollevamento. Senza mettere insieme tutti i componenti per farli funzionare, l’applicazione pratica del progetto Hardiman era limitata.

Successivamente ci sarà una breve storia sugli esoscheletri moderni, che in un modo o nell'altro hanno raggiunto il livello di implementazione commerciale.

1. Camminata indipendente. Non necessita di stampelle o altri mezzi di stabilizzazione, lasciando le mani libere.
4. L'esoscheletro per le gambe permette di: alzarsi\sedersi, girarsi, camminare all'indietro, stare su una gamba, salire le scale, camminare su superfici varie, anche inclinate.
5. Il dispositivo è molto facile da controllare: tutte le funzioni vengono attivate tramite il joystick.
6. Il dispositivo può essere utilizzato tutto il giorno grazie alla batteria rimovibile ad alta capacità.
7. Con il suo peso leggero di soli 38 chilogrammi, il REX può supportare utenti con un peso fino a 100 chilogrammi e un'altezza compresa tra 1,42 e 1,93 metri.
8. Il comodo sistema di fissaggio non provoca alcun disagio anche se lo indossi tutto il giorno.
9. Inoltre, quando l'utente non si muove, ma resta in piedi, REX non spreca la carica della batteria.
10. Accesso agli edifici senza rampe, grazie alla possibilità di salire le scale senza assistenza.

HAL

HAL ( Arto assistito ibrido) – è un esoscheletro robotico con arti superiori. Al momento sono stati sviluppati due prototipi: HAL 3 (ripristino della funzione motoria delle gambe) e HAL 5 (ripristino delle braccia, delle gambe e del busto). Con HAL 5 l'operatore è in grado di sollevare e trasportare oggetti fino a cinque volte il peso di carico massimo in condizioni normali.

Prezzo in Russia: hanno promesso 243.600 rubli. Non è stato possibile confermare l'informazione.

Caratteristiche e specifiche:

1. Peso del dispositivo 12 kg.
3. Il dispositivo può funzionare da 60 a 90 minuti senza ricarica.
4. L'esoscheletro viene utilizzato attivamente nella riabilitazione di pazienti con patologia delle funzioni motorie degli arti inferiori a causa di disturbi del sistema nervoso centrale o come conseguenza di malattie neuromuscolari.

Ripercorrere

Rewalk è un esoscheletro che permette ai paraplegici di camminare. Come un esoscheletro o una tuta bioelettronica, il dispositivo ReWalk utilizza speciali sensori per rilevare le deviazioni nell'equilibrio di una persona e poi trasformarle in impulsi che normalizzano i suoi movimenti, permettendo alla persona di camminare o stare in piedi. ReWalk è già disponibile in Europa ed è attualmente approvato dalla FDA negli Stati Uniti.

Prezzo in Russia: da 3,4 milioni di rubli (su ordinazione).

Caratteristiche e specifiche:

1. Peso del dispositivo 25 kg.
2. L'esoscheletro può sostenere fino a 80 kg.
3. Il dispositivo può funzionare fino a 180 minuti senza ricarica.
4. Tempo di ricarica della batteria 5-8 ore
5. L'esoscheletro viene utilizzato attivamente nella riabilitazione di pazienti con patologia delle funzioni motorie degli arti inferiori a causa di disturbi del sistema nervoso centrale o come conseguenza di malattie neuromuscolari.

Esobionico

Ekso GT è un altro progetto di esoscheletro che aiuta le persone con gravi malattie muscoloscheletriche a ritrovare la capacità di muoversi.

Prezzo in Russia: da 7,5 milioni di rubli (su ordinazione).

Caratteristiche e specifiche:

1. Peso del dispositivo 21,4 kg.
2. L'esoscheletro può sostenere fino a 100 kg.
3. Larghezza massima fianchi: 42 cm;
4. Peso della batteria: 1,4 kg;
5. Dimensioni (AxLxP): 0,5 x 1,6 x 0,4 m.
6. L'esoscheletro viene utilizzato attivamente nella riabilitazione di pazienti con patologia delle funzioni motorie degli arti inferiori a causa di disturbi del sistema nervoso centrale o come conseguenza di malattie neuromuscolari.

DM

DM ( Macchina da sogno) – un esoscheletro idraulico automatizzato con un sistema di controllo vocale.

Prezzo in Russia: 700.000 rubli.

Caratteristiche e specifiche:

1. Peso del dispositivo 21 kg.
2. L'esoscheletro deve sostenere il peso dell'utente fino a 100 kg.
3. L'ambito di applicazione può essere molto più ampio della riabilitazione di pazienti con patologie delle funzioni motorie degli arti inferiori dovute a disturbi del sistema nervoso centrale o come conseguenza di malattie neuromuscolari. Potrebbe trattarsi dell'industria, dell'edilizia, dello spettacolo e dell'industria della moda.

Problemi di discussione:

1. Qual è la composizione ottimale di un team di progetto?
2. Qual è il costo del progetto nella fase iniziale?
3. Quali sono le insidie?
4. Come vedi momento ottimale realizzazione di un progetto dall'idea al lancio commerciale?
5. Vale la pena avviare un progetto simile adesso e perché?
6. Quale dovrebbe essere la geografia e l'espansione del mercato?
7. Sei personalmente pronto a prendere parte a un simile progetto e, se sì, in quale veste?

Z.Y. Sarei grato per discussioni costruttive, opinioni, argomenti e argomenti a favore e contro nei commenti. Sono sicuro di non essere l'unico a pensarci. Intanto sono sicuro che l’esoscheletro sia il nuovo iPhone nella cultura popolare mondiale all’orizzonte dei prossimi dieci anni.

Se sei uno di quelli che hanno guardato tutte le parti di Iron Man con grande piacere, probabilmente ne sei rimasto deliziato tuta di ferro, che Tony Stark indossava prima di combattere i cattivi. D'accordo, sarebbe bello avere un abito del genere. Oltre alla capacità di portarti ovunque in un batter d'occhio, anche per il pane, proteggerebbe il tuo corpo da ogni tipo di danno e darebbe una forza sovrumana.

Probabilmente non ti sorprenderà che molto presto una versione più leggera della tuta Iron Man consentirà ai soldati di correre più velocemente, trasportare armi più pesanti e navigare su terreni accidentati. Allo stesso tempo, la tuta li proteggerà da proiettili e bombe. Ingegneri militari e aziende private hanno lavorato sugli esoscheletri sin dagli anni '60, ma solo i recenti progressi nell'elettronica e nella scienza dei materiali ci hanno portato più vicini che mai alla realizzazione di questa idea.

Nel 2010, l'appaltatore americano della difesa Raytheon ha dimostrato un esoscheletro sperimentale chiamato XOS 2, essenzialmente una tuta robotica controllata da cervello umano- che riesce a sollevare da due a tre volte più peso di una persona, senza alcuno sforzo o aiuto esterno. Un'altra società, Trek Aerospace, sta sviluppando un esoscheletro con un jetpack incorporato in grado di volare a una velocità di 112 km/h e di restare sospeso immobile sopra il suolo. Queste e una serie di altre aziende promettenti, inclusi mostri come Lockheed Martin, stanno avvicinando ogni anno la tuta di Iron Man alla realtà.

Leggi l'intervista al creatore dell'esoscheletro russo Stakhanov.

EsoscheletroXOS 2 daRaytheon

Si noti che non solo i militari trarranno beneficio dallo sviluppo di un buon esoscheletro. Un giorno, le persone con lesioni del midollo spinale o malattie degenerative che limitano la mobilità potranno muoversi con facilità grazie alle tute a struttura esterna. Le prime versioni di esoscheletri, come ReWalk di Argo Medical Technologies, sono già entrate nel mercato e hanno ricevuto ampi consensi. Tuttavia, al momento, il campo degli esoscheletri è ancora agli inizi.

Quale rivoluzione promettono di portare i futuri esoscheletri sul campo di battaglia? Quali ostacoli tecnici devono superare ingegneri e progettisti per rendere gli esoscheletri veramente pratici per l’uso quotidiano? Scopriamolo.

Storia dello sviluppo degli esoscheletri

I guerrieri hanno indossato armature sui loro corpi da tempo immemorabile, ma la prima idea di un corpo con muscoli meccanici apparve nella fantascienza nel 1868, in uno dei romanzi da dieci centesimi di Edward Sylvester Ellis. Il libro "Steam Man of the Prairies" descriveva un gigantesco motore a vapore a forma umana che spingeva il suo inventore, il geniale Johnny Brainerd, a 96,5 km/h mentre cacciava tori e indiani.

Ma questo è fantastico. Il primo vero brevetto per un esoscheletro fu ricevuto dall'ingegnere meccanico russo Nikolai Yagn negli anni '90 dell'Ottocento in America. Il progettista, noto per i suoi sviluppi, ha vissuto all'estero per più di 20 anni e ha brevettato una dozzina di idee che descrivono un esoscheletro che consente ai soldati di correre, camminare e saltare con facilità. Tuttavia, in realtà Yagn è noto solo per la creazione dello "Stoker's Friend", un dispositivo automatico che fornisce acqua alle caldaie a vapore.

Esoscheletro brevettato da N. Yagn

Nel 1961, due anni dopo che la Marvel Comics inventò Iron Man e Robert Heinlein scrisse Starship Troopers, il Pentagono decise di realizzare le proprie esoscheletri. Si proponeva di creare un "servo soldato", descritto come una "capsula umana dotata di sterzo e amplificatori" che consentiva di spostare oggetti pesanti rapidamente e facilmente, oltre a proteggere chi lo indossava da proiettili, gas velenosi, calore e radiazione. Verso la metà degli anni ’60, l’ingegnere della Cornell University Neil Meisen aveva sviluppato un esoscheletro indossabile da 15,8 chilogrammi, soprannominato “vestito da superuomo” o “amplificatore umano”. Permetteva all'utente di sollevare 453 chilogrammi con ciascuna mano. Allo stesso tempo, la General Electric aveva sviluppato un dispositivo simile da 5,5 metri, il cosiddetto “pedipolatore”, che veniva controllato da un operatore dall’interno.

Nonostante questi passi molto interessanti, non sono stati coronati da successo. Le tute si sono rivelate poco pratiche, ma la ricerca è continuata. Negli anni '80, gli scienziati del Laboratorio di Los Alamos crearono un progetto per la cosiddetta tuta Pitman, un esoscheletro destinato alle truppe americane. Tuttavia, il concetto è rimasto solo sul tavolo da disegno. Da allora, il mondo ha visto molti altri sviluppi, ma la mancanza di materiali e i limiti energetici non ci hanno permesso di vedere il vero costume di Iron Man.

Per anni, i produttori di esoscheletri sono stati ostacolati dai limiti della tecnologia. I computer erano troppo lenti per elaborare i comandi che alimentavano le tute. Non c'era abbastanza energia elettrica per rendere l'esoscheletro sufficientemente portatile, e i muscoli attuatori elettromeccanici che muovevano gli arti erano semplicemente troppo deboli e ingombranti per funzionare in modo "umano". Tuttavia un inizio era stato fatto. L'idea di un esoscheletro si è rivelata troppo promettente perché i campi militare e medico potessero semplicemente separarsene.

Uomo-macchina

All'inizio degli anni 2000, la ricerca per creare un vero costume di Iron Man iniziò ad arrivare da qualche parte.

L'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa DARPA, l'incubatore del Pentagono per tecnologie esotiche e avanzate, ha lanciato un programma da 75 milioni di dollari per creare un esoscheletro che complementi il ​​corpo umano e le sue prestazioni. L'elenco dei requisiti della DARPA era piuttosto ambizioso: l'agenzia voleva un veicolo che permettesse a un soldato di trasportare instancabilmente centinaia di chilogrammi di carico per giorni interi, supportare grandi armi che in genere richiedono due operatori ed essere in grado di trasportare un soldato ferito fuori dal campo. campo di battaglia, se necessario. In questo caso, l'auto deve essere invulnerabile al fuoco e anche saltare in alto. Molti hanno subito considerato impraticabile il piano della DARPA.

Ma non tutto.

Sarcos, guidata dal creatore di robot Steve Jacobsen, che in precedenza aveva creato un dinosauro meccanico da 80 tonnellate, ha ideato un sistema innovativo che utilizzava sensori e utilizzava tali segnali per controllare una serie di valvole, che a loro volta regolavano l'idraulica ad alta pressione nel articolazioni. Le articolazioni meccaniche muovevano cilindri collegati da cavi che imitavano i tendini che collegano i muscoli umani. Di conseguenza, è nato l'esoscheletro sperimentale XOS, che ha fatto sembrare una persona un insetto gigante. La Sarcos venne infine acquisita dalla Raytheon, che ne continuò lo sviluppo per introdurre la seconda generazione della tuta cinque anni dopo.

L'esoscheletro di XOS 2 ha entusiasmato così tanto il pubblico che la rivista Time lo ha incluso nella sua Top 5 del 2010.

Nel frattempo, altre aziende, come Berkeley Bionics, stavano lavorando per ridurre la quantità di energia richiesta dalle protesi artificiali in modo che l’esoscheletro potesse funzionare abbastanza a lungo da essere pratico. Un progetto degli anni 2000, lo Human Load Carrier (HULC), potrebbe funzionare fino a 20 ore con una singola carica. I progressi avanzavano poco a poco.

Esoscheletro HAL

Entro la fine del decennio, la società giapponese Cyberdyne aveva sviluppato una tuta robotica chiamata HAL, ancora più incredibile nel suo design. Invece di fare affidamento sulle contrazioni muscolari di un operatore umano, HAL operava su sensori che leggevano i segnali elettrici provenienti dal cervello dell'operatore. In teoria, un esoscheletro basato su HAL-5 potrebbe consentire all'utente di fare tutto ciò che vuole semplicemente pensandoci, senza muovere un solo muscolo. Ma per ora questi esoscheletri sono un progetto del futuro. E hanno i loro problemi. Ad esempio, finora solo pochi esoscheletri sono stati approvati per l’uso pubblico. Il resto è ancora in fase di sperimentazione.

Problemi di sviluppo

Nel 2010, il progetto DARPA per creare esoscheletri ha portato a determinati risultati. Attualmente, i sistemi avanzati di esoscheletro che pesano fino a 20 chilogrammi possono sollevare fino a 100 chilogrammi di carico utile praticamente senza alcuno sforzo da parte dell’operatore. Allo stesso tempo, gli esoscheletri più recenti sono più silenziosi di una stampante da ufficio, possono muoversi a una velocità di 16 km/h, eseguire squat e saltare.

Non molto tempo fa, uno degli appaltatori della difesa, Lockheed Martin, ha introdotto il suo esoscheletro progettato per il sollevamento di carichi pesanti. Il cosiddetto “esoscheletro passivo”, progettato per i lavoratori dei cantieri navali, trasferisce semplicemente il carico alle gambe dell’esoscheletro a terra.

La differenza tra gli esoscheletri moderni e quelli sviluppati negli anni '60 è che sono dotati di sensori e ricevitori GPS. Quindi, alzando ulteriormente la posta in gioco per l’uso militare. I soldati potrebbero ottenere numerosi vantaggi utilizzando tali esoscheletri, dalla geolocalizzazione precisa a superpoteri aggiuntivi. La DARPA sta inoltre sviluppando tessuti automatizzati che potrebbero essere utilizzati negli esoscheletri per monitorare la salute cardiaca e respiratoria.

Se l’industria americana continua a muoversi su questa strada, molto presto disporrà di veicoli in grado non solo di muoversi “più velocemente, più in alto, più forti”, ma anche di trasportare diverse centinaia di carichi utili aggiuntivi. Tuttavia, passeranno almeno altri anni prima del vero" uomini di ferro"entrerà sul campo di battaglia.

Come spesso accade, gli sviluppi delle agenzie militari (si pensi, ad esempio, a Internet) possono essere di grande beneficio in tempo di pace, poiché la tecnologia prima o poi verrà fuori e aiuterà le persone. Soffrendo di paralisi completa o parziale, le persone con lesioni del midollo spinale e atrofia muscolare saranno in grado di condurre una vita più soddisfacente. Berkeley Bionics, ad esempio, sta testando eLegs, un esoscheletro alimentato a batteria che consentirebbe a una persona di camminare, sedersi o semplicemente stare in piedi per lunghi periodi di tempo.

Una cosa è certa: il processo di rapido sviluppo degli esoscheletri è iniziato all'inizio di questo secolo (chiamiamolo la seconda ondata) e come tutto andrà a finire lo si saprà molto, molto presto. Le tecnologie non si fermano mai e, se gli ingegneri intraprendono qualcosa, la portano alla sua logica conclusione.

Esoscheletro Per la prima volta può diventare più accessibile al consumatore di massa, apportando vantaggi pratici reali. Le ultime notizie su questo argomento sono state pubblicate dal portale di settore Compositi oggi!

Il nuovo esoscheletro renderà la camminata più comoda e più facile. Il dispositivo è uno stivale realizzato con materiali compositi e non necessita di fonti di alimentazione per funzionare!

Nuovo esoscheletro! Come è utile?

Un gruppo di sviluppatori americani composto da Stefano Collins, Bruce Widgin E Gregorio Savitskij presentato al mondo nuovo esoscheletro sotto forma di stivali particolari. Il nuovo prodotto è interessante il fatto che il suo design è realizzato utilizzando materiali innovativi e non prevede l'utilizzo di batterie o fonti di alimentazione esterne. Queste caratteristiche hanno permesso non solo di ridurre significativamente il peso del dispositivo (ciascuno lo stivale pesa meno di un metro e mezzo chilogrammo) ma renderlo anche completamente autonomo!

Gli studi hanno dimostrato che un esoscheletro “pedonale” può ridurre il consumo di energia di una persona quando cammina fino al 7%! Questo risultato è davvero può essere definita una svolta! Sebbene i primi tentativi di facilitare il movimento umano siano iniziati negli anni '80 del secolo scorso, oggi il maggior successo in questa materia, tra i dispositivi autonomi, è stato ottenuto solo da elastici specializzati, che sono lontani dalle prestazioni degli stivali citati. Per quanto riguarda gli esoscheletri in generale, esistono già molte unità di questo tipo nel mondo, ma tutte, di regola, utilizzano fonti di energia artificiali. Ciò, a sua volta, limita la libertà e l’autonomia di movimento.

Esoscheletro - Stivali: come funziona (video)

Come funziona l'esoscheletro sotto forma di stivali è abbastanza semplice. Il dispositivo, realizzato in fibra di carbonio, è dotato di una molla fissata tramite la gamba dispositivo meccanico(cricchetto) sul retro appena sotto il ginocchio. L'esoscheletro ha un telaio realizzato in materiale leggero in fibra di carbonio, nonché una molla che collega la parte posteriore del piede alla parte superiore dello stinco (appena sotto la parte posteriore del ginocchio), dove è collegato a una frizione meccanica. Quando il tendine d'Achille è allungato, la manica si aggancia nella posizione sollevata e la molla si allunga come un tendine, immagazzinando energia. Una volta abbassata la gamba che cammina, la frizione si sposta nella posizione abbassata, la molla si rilassa, rilasciando energia elastica che spinge nuovamente la frizione verso l'alto, iniziando il ciclo successivo. IN vista generale Il ciclo operativo dell’esoscheletro è composto dalle seguenti fasi:

1. Il cricchetto si innesta;
2. La molla si indebolisce, l'energia elastica sprigionata spinge il cricchetto verso l'alto;
3. Il cricchetto è fissato nel punto più alto;
4. Quando il peso si sposta, la molla si allunga;
5. La molla raggiunge la massima tensione;
6. Il cricchetto viene rilasciato, la gamba viene spostata di un passo in avanti e il ciclo si ripete.

Va notato che gli scienziati hanno lavorato a questo progetto per molti anni. Sono state provate molte opzioni di design e materiali. Alla fine la scelta è caduta su materiale composito utilizzando la fibra di carbonio.

L'esemplare presentato può essere considerato una svolta nel settore e pronto (in un modo o nell'altro). applicazione pratica Ma i ricercatori non si fermano qui! Sono già allo studio opzioni per migliorare la progettazione attraverso l'uso dell'elettronica, che consentirà di monitorare le caratteristiche individuali della camminata e le caratteristiche del terreno (ad esempio, scalare una montagna).

Inoltre, i creatori dell’innovativo esoscheletro sperano di collaborare con i produttori di attrezzature sportive per ottenere il sostegno finanziario e tecnologico che consentirà loro di commercializzare l’invenzione. Si presume che gli scarponi con esoscheletro non costeranno più degli scarponi da sci. Considerando questi prerequisiti, possiamo presumere che il nuovo sviluppo troverà chiaramente il suo acquirente e sarà richiesto.

Storia dell'esoscheletro

Il primo dispositivo nella storia che può essere classificato come esoscheletro può essere definito l'invenzione di un artigiano russo Nicola Giovane. Nel 1890 introdusse un progetto costituito da sacchi di gas compresso per facilitare il movimento. Per ovvie ragioni, il primo esoscheletro era estremamente primitivo.

Il passo successivo nello sviluppo degli esoscheletri è stato compiuto da un inventore americano Leslie Kelly nel 1917. Il disegno, chiamato pedomotore, utilizzava l'energia del vapore.

Il primo esoscheletro, nel senso moderno del termine, è stato sviluppato dall'azienda nel 1960 GeneraleElettrico per le esigenze delle forze armate statunitensi. Un dispositivo chiamato Hardiman ha permesso di sollevare pesi fino a 110 chilogrammi, impiegando uno sforzo paragonabile a quello di una persona che solleva un peso di 4,5 kg. Il design dell'esoscheletro prevedeva meccanismi idraulici ed elettricità come fonte di funzionamento. Tuttavia, Hardiman ne aveva anche diversi carenze significative: peso proprio elevato (circa 680 kg); bassa velocità; basso livello controllo sulla manipolazione. Si precisa che questo dispositivo non è mai stato testato con una persona all'interno, a causa dell'elevato rischio per la vita e la salute del tester.

Nel 1969, in Jugoslavia fu sviluppato il primo esoscheletro ambulante azionato pneumaticamente.

Esoscheletro da DARPA(Foto: en.Wikipedia.org)

Ha ottenuto molto più successo Monty Reed mentre si lavora su un progetto DARPA. Reed è rimasto ferito in un lancio con il paracadute andato storto. Mentre si stava riprendendo in ospedale, lesse un libro Roberto Heinlein « Fanteria dello spazio " In esso, l'esoscheletro cessa di essere l'equipaggiamento chiave di un soldato. Il libro ispirò Reed e nel 1986 fu presentato al mondo TUTA DI SALVATAGGIO, creato come parte del progetto Pitman. Gli sviluppi in questa direzione sono continuati. Una delle ultime modifiche è stata l’esoscheletro LifeSUIT 14, in grado di coprire una distanza di 1 miglio con una carica completa e di sollevare il peso dell’operatore fino a 92 kg.

Nel gennaio 2007 si è saputo che il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (Pentagono) aveva ordinato e fornito fondi all'Università del Texas per creare una nuova classe di esoscheletri per uso militare. Nell'ambito del progetto, tra le altre cose, si prevedeva di studiare polimeri elettroattivi artificiali progettati per aumentare il coefficiente di resistenza, ridurre il peso della struttura e aumentare l'efficienza del movimento. Di conseguenza, gli sviluppatori hanno ottenuto un successo significativo! Erano basati su filo di nylon e lenza. I “muscoli polimerici” provenienti dagli Stati Uniti superano di 100 volte le capacità dei muscoli umani! Inoltre, il loro prezzo è di soli 5 dollari al chilogrammo, mentre i muscoli per l’esoscheletro realizzati in leghe di titanio e nichel costano almeno 3.000 dollari al kg.

Dalla fine del 2013 in Russia vengono condotte ricerche attive sulla questione degli esoscheletri. Il progetto, chiamato ExoAtlet, mira a creare un meccanismo destinato a scopi medici.

Perché hai bisogno di un esoscheletro?

Un meccanismo in grado di facilitare i movimenti di una persona e di aumentare la sua forza fisica promette grandi prospettive!

Oggi gli esperti identificano 3 aree principali in cui l’esoscheletro sarà molto richiesto.

1. Prima di tutto, questo è - industria militare! In realtà, è stato qui che gli esoscheletri hanno ricevuto il primo impulso per lo sviluppo e il progresso. Il design aiuterà il soldato a trasportare più peso (comprese le armi) e a proteggerlo con uno strato di armatura.
2. Anche gli esoscheletri possono portare grandi benefici nel segmento medico. Semplificheranno la vita e aiuteranno la mobilità delle persone con sistema muscolo-scheletrico danneggiato.
3. La terza area in cui saranno richiesti gli esoscheletri è l'uso di strutture simili per lavoro. Ad esempio, nelle operazioni di costruzione o di carico e scarico.

Si può quindi affermare che esoscheletro: l'unità del futuro! Se hai un paio di milioni di dollari, probabilmente dovresti pensare di investire in questo settore dell'economia nazionale.

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Gli esoscheletri aiutano i paralizzati a camminare, facilitano il duro lavoro, proteggono i soldati sul campo di battaglia e ci danno superpoteri.

1. Caricatore di alimentazione Activelink

Prende il nome dal famoso esoscheletro del film Aliens, Activelink Power Loader è progettato per facilitare il lavoro manuale pesante per chi lo indossa, indipendentemente dall'età, dal sesso o dalla taglia, e mira a "creare una società senza limiti", secondo un comunicato stampa di Activelink. . una filiale del famoso produttore di elettronica giapponese Panasonic.

2.HAL

HAL (Hybrid Assistive Limb) è un esoscheletro meccanico giapponese sviluppato da Cyberdine Inc. (sì, proprio come quei ragazzi che hanno iniziato tutto con Terminator), è stato creato come prototipo nel 1997, ed è ora utilizzato negli ospedali giapponesi per aiutare i pazienti gravemente malati nelle loro attività quotidiane. È anche noto che l'HAL è stato utilizzato dai lavoratori edili giapponesi e persino dai soccorritori durante la liquidazione dell'incidente di Fukushima-1 nel 2011.

3. Ekso Bionics

14. Progetto “Cammina ancora”

La Coppa del Mondo FIFA 2014 in Brasile è stata aperta da Juliano Pinto, che era paralizzato dalla vita in giù e gli è stato concesso il diritto di calciare per primo il pallone della Coppa del Mondo. Ciò è stato reso possibile grazie a un esoscheletro collegato direttamente al suo cervello, sviluppato dalla Duke University. Questo evento fa parte del progetto Walk Again, creato da un team di 150 persone guidate dal famoso neurologo e figura di spicco nel campo delle interfacce cervello-macchina, il dottor Miguel Nicolelis. Juliano Pinto pensava semplicemente di voler calciare il pallone, l'esoscheletro registrava l'attività cerebrale e attivava i meccanismi necessari al movimento.