Mga exoskeleton
Bisan kung daghan na ang among nadungog bahin sa mga exoskeleton karong bag-o, nahimo nga ang kasaysayan sa kini nga imbensyon nagsugod sa ikanapulog-siyam nga siglo. Hibal-i kung giunsa kini pagbag-o sa mga dekada ug kung unsa ang hitsura sa mga pagbag-o sa ebolusyon niini.
1. Ilustrasyon gikan sa patente ni Nikolai Yagna
1890 - Ang una nga bag-ong mga ideya alang sa paghimo sa usa ka exoskeleton petsa balik sa ika-1890 nga siglo. Sa 420179, si Nicholas Yagn mipatente sa Estados Unidos (Patent No. US XNUMX A) "Usa ka himan alang sa pagpadali sa paglakaw, pagdagan ug paglukso" (1). Kini usa ka armor nga hinimo sa kahoy, ang katuyoan niini mao ang pagpausbaw sa katulin sa usa ka manggugubat sa usa ka multi-kilometros nga martsa. Ang disenyo nahimong tinubdan sa inspirasyon alang sa dugang nga pagpangita alang sa labing maayo nga solusyon.
1961 - Sa dekada 60, ang General Electric, kauban ang usa ka grupo sa mga siyentipiko gikan sa Unibersidad sa Comella, nagsugod sa pagtrabaho sa paghimo sa usa ka electro-hydraulic suit nga mosuporta sa ehersisyo sa tawo. Ang kolaborasyon sa militar sa proyekto sa Man Augmentation misangpot sa pag-uswag sa Hardiman (2). Ang tumong sa proyekto mao ang paghimo og usa ka suit nga mosundog sa natural nga mga lihok sa usa ka tawo, nga magtugot kaniya sa pag-alsa sa mga butang nga may gibug-aton nga halos 700 kg. Ang suit mismo parehas nga gibug-aton, apan ang mahikap nga gibug-aton 20 kg ra.
2. Kinatibuk-ang Electric heat exchanger prototype
Bisan pa sa kalampusan sa proyekto, nahibal-an nga ang kapuslanan niini gamay ra, ug ang una nga mga kopya mahimong mahal. Ang ilang limitado nga mga kapilian sa paglihok ug komplikado nga mga sistema sa kuryente sa katapusan nahimo kini nga mga aparato nga dili magamit. Atol sa pagsulay, nahibal-an nga ang Hardiman mahimo ra nga makataas sa 350 kg, ug kung gigamit sa taas nga panahon, kini adunay kalagmitan nga maghimo peligro, dili koordinasyon nga mga paglihok. Usa ra ka bukton ang gibiyaan gikan sa dugang nga pag-uswag sa prototype - ang aparato nagtimbang mga 250 kg, apan kini dili praktikal sama sa miaging exoskeleton.
Mga 70 - Tungod sa gidak-on, gibug-aton, pagkawalay kalig-on ug mga problema sa kuryente, ang Hardiman wala gyud nahimo nga produksiyon, apan ang Man-Mate nga industriyal nga bukton nag-uban sa mga teknolohiya sa 60s. Ang mga katungod sa teknolohiya gipalit sa Western Space ug Marine, nga gitukod sa usa sa mga inhenyero sa GE. Ang produkto dugang nga naugmad ug karon naglungtad kini sa porma sa usa ka dako nga robotic nga bukton nga, gamit ang kusog nga feedback, makapataas sa gibug-aton nga hangtod sa 4500 kg, nga naghimo niini nga sulundon alang sa industriya sa asero.
3. Exoskeletons nga gitukod sa Mihajlo Pupin Institute sa Serbia.
1972 – Sayo nga aktibo nga exoskeletons ug humanoid robot naugmad sa Mihajlo Pupin Institute sa Serbia sa usa ka grupo nga gipangulohan ni Prof. Miomir Vukobratovich. Una, ang mga sistema sa paglihok sa mga bitiis gihimo aron suportahan ang rehabilitasyon sa mga tawo nga adunay paraplegia (3). Kung nagpalambo sa aktibo nga mga exoskeleton, ang institute naghimo usab mga pamaagi alang sa pag-analisar ug pagkontrol sa paglakaw sa tawo. Ang pipila niini nga mga pag-uswag nakatampo sa pag-uswag sa mga high-performance nga humanoid robots karon. Sa 1972, usa ka aktibo nga exoskeleton nga adunay pneumatic drive ug electronic programming alang sa paraplegics gisulayan sa usa ka orthopedic clinic sa Belgrade.
1985 – Usa ka engineer sa Los Alamos National Laboratory ang nagtukod ug exoskeleton nga gitawag ug Pitman, power armor para sa infantrymen. Ang pagkontrol sa aparato gibase sa mga sensor nga nag-scan sa nawong sa kalabera, gibutang sa usa ka espesyal nga helmet. Tungod sa mga kapabilidad sa teknolohiya sa panahon, kini komplikado kaayo nga disenyo nga mahimo. Ang limitasyon sa panguna mao ang dili igo nga gahum sa pag-compute sa mga kompyuter. Dugang pa, ang pagproseso sa mga signal sa utok ug pag-convert niini ngadto sa mga paglihok sa exoskeleton nagpabilin nga halos imposible niadtong panahona.
4. Lifesuit exoskeleton nga gidisenyo ni Monty Reed.
1986 – Si Monty Reed, usa ka sundalo sa US Army nga nabali ang iyang buko-buko sa usa ka parachute jump, naghimo og exoskeleton alang sa survival suit (4). Nadasig siya sa mga paghubit sa mga mobile infantry suit sa nobela sa science fiction ni Robert Heinlein nga Starship Troopers, nga iyang gibasa samtang nagpaayo sa ospital. Bisan pa, si Reed wala magsugod sa pagtrabaho sa iyang aparato hangtod sa 2001. Niadtong 2005, gisulayan niya ang usa ka prototype nga 4,8-gauge escape suit sa lumba sa St. Patrick's Day sa Seattle, Washington. Ang developer nag-angkon nga nagtakda og usa ka rekord alang sa paglakaw nga katulin sa robot suit, nga naglangkob sa 4 ka kilometro sa aberids nga gikusgon nga 14 km/h. Ang Lifesuit 1,6 prototype nakahimo sa pagbiyahe sa 92 km nga bug-os nga gikarga ug nakahimo sa pagbayaw sa XNUMX kg.
1990-karon – Ang unang prototype sa HAL exoskeleton gisugyot ni Yoshiyuki Sankai (5), si Prof. Unibersidad sa Tsukuba. Si Sankai migugol ug tulo ka tuig, gikan sa 1990 ngadto sa 1993, nga nagpaila sa mga neuron nga nagkontrolar sa paglihok sa bitiis. Nagkinahanglan siya ug ang iyang team og laing upat ka tuig sa prototype sa mga ekipo. Ang ikatulo nga prototype sa HAL, nga naugmad sa sayong bahin sa ika-22 nga siglo, konektado sa usa ka kompyuter. Ang baterya mismo mitimbang og hapit 5kg, nga naghimo niini nga dili praktikal. Sa kasukwahi, ang ulahi nga modelo nga HAL-10 mitimbang lamang ug 5 kg, ug ang baterya ug kontrol nga kompyuter giputos sa hawak sa tiggamit. Ang HAL-XNUMX sa pagkakaron usa ka upat ka bahin nga medikal nga exoskeleton (bisan tuod ang usa ka ubos nga bahin lamang nga bersyon anaa usab) nga gigama sa Japanese nga kompanya nga Cyberdyne Inc. sa kolaborasyon sa University of Tsukuba.
5. Gipresentar ni Propesor Yoshiyuki Sankai ang usa sa mga modelo sa exoskeleton.
Naglihok sa gibana-bana nga 2 ka oras 40 ka minuto sa sulod ug sa gawas. Nagtabang sa pag-alsa sa bug-at nga mga butang. Ang kahikayan sa pagkontrol ug pagmaneho sa mga elemento sa mga sudlanan sa sulod sa lawas nagpaposible sa pagkuha sa "backpack" nga mao ang kinaiya sa kadaghanan sa mga exoskeleton, usahay susama sa usa ka dako nga insekto. Ang mga tawo nga adunay hypertension, osteoporosis ug bisan unsang sakit sa kasingkasing kinahanglan nga mokonsulta sa usa ka doktor sa dili pa gamiton ang HAL, ug ang mga kontraindiksiyon naglakip, apan dili limitado sa, pacemaker ug pagmabdos. Isip kabahin sa programa sa HAL FIT, ang tiggama nagtanyag sa posibilidad sa paggamit sa mga therapeutic session nga adunay exoskeleton alang sa mga masakiton ug himsog nga mga tawo. Giangkon sa tigdesinyo nga HAL nga ang sunod nga mga yugto sa modernisasyon gitumong sa paghimo sa usa ka nipis nga suit nga magtugot sa tiggamit sa paglihok nga gawasnon ug bisan sa pagdagan.
2000 – prof. Si Homayoun Kazerouni ug ang iyang team sa Ekso Bionics nagpalambo sa Human Universal Cargo Carrier, o HULC (6) usa ka wireless exoskeleton nga adunay hydraulic drive. Ang katuyoan niini mao ang pagtabang sa mga sundalo nga nakig-away nga magdala og mga karga nga motimbang og hangtod sa 90 kg sa taas nga panahon, nga adunay labing taas nga tulin nga 16 km/h. Ang sistema gipadayag sa publiko sa AUSA Winter Symposium kaniadtong Pebrero 26, 2009, sa dihang ang usa ka kasabutan sa paglilisensya nakab-ot sa Lockheed Martin. Ang dominanteng materyal nga gigamit niini nga disenyo mao ang titanium, usa ka gaan apan medyo mahal nga materyal nga adunay taas nga mekanikal ug kusog nga mga kabtangan.
Ang exoskeleton adunay mga suction cups nga nagtugot niini sa pagdala sa mga butang nga may gibug-aton nga hangtod sa 68 kg (lifting device). Ang gahum gihatag gikan sa upat ka lithium-polymer nga mga baterya, nga nagsiguro sa normal nga operasyon sa aparato sa labing maayo nga pagkarga hangtod sa 20 ka oras. Ang exoskeleton gisulayan sa lainlaing mga kondisyon sa kombat ug adunay lainlaing mga karga. Human sa sunod-sunod nga malampuson nga mga eksperimento, sa tingdagdag sa 2012 siya gipadala ngadto sa Afghanistan, diin siya gisulayan sa panahon sa armadong panagbangi. Bisan pa sa daghang mga positibo nga pagsusi, ang proyekto gisuspinde. Ingon sa nahimo, ang disenyo nagpalisud sa paghimo sa pipila ka mga lihok ug sa aktuwal nga pagdugang sa load sa mga kaunuran, nga sukwahi sa kinatibuk-ang ideya sa iyang paglalang.
2001 – Ang Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX) nga proyekto, nga orihinal nga gituyo alang sa Army, nagpadayon. Sulod sa gambalay niini, ang mga maayong resulta nakab-ot sa porma sa mga autonomous nga solusyon sa praktikal nga importansya. Una, gihimo ang usa ka robotic device nga gitaod sa ubos nga bahin sa lawas aron makahatag ug dugang kusog sa mga bitiis. Ang kagamitan gipondohan sa Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ug gimugna sa Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory, usa ka dibisyon sa University of California, Berkeley's Department of Mechanical Engineering. Ang sistema sa exoskeleton sa Berkeley naghatag sa mga sundalo og abilidad sa pagdala og dagkong mga karga nga adunay gamay nga paningkamot ug sa bisan unsang matang sa terrain, sama sa pagkaon, mga kagamitan sa pagluwas, mga first aid kit, mga kagamitan sa komunikasyon ug mga hinagiban. Dugang sa mga aplikasyon sa militar, ang BLEEX sa pagkakaron nagpalambo sa mga proyektong sibilyan. Ang Laboratory of Robotics ug Human Engineering karon nagsiksik sa mosunod nga mga solusyon: ExoHiker - usa ka exoskeleton nga gidisenyo alang sa mga partisipante sa ekspedisyon diin adunay panginahanglan sa pagdala sa bug-at nga mga ekipo, ExoClimber - mga ekipo alang sa mga tawo nga mosaka sa taas nga mga bungtod, Medical Exoskeleton - usa ka exoskeleton alang sa mga tawo nga adunay mga kakulangan sa pisikal nga kapabilidad. pagkadaot sa paglihok sa ubos nga mga tumoy.
8. Sarcos XOS 2 prototype sa aksyon
ang teksto
2010 - Ang XOS 2 makita (8) maoy sumpay sa XOS exoskeleton gikan sa Sarcos. Una sa tanan, ang bag-ong disenyo nahimong mas gaan ug mas kasaligan, nga nagtugot sa static nga pag-alsa sa mga karga nga motimbang og 90 kg. Ang aparato susama sa usa ka cyborg. Ang kontrol gibase sa katloan nga mga actuator nga naglihok sama sa artipisyal nga mga lutahan. Ang exoskeleton adunay daghang mga sensor nga nagpadala mga signal sa mga actuator pinaagi sa usa ka computer. Sa ingon, ang hapsay ug padayon nga pagkontrol mahitabo nga wala’y gibati nga hinungdanon nga paningkamot ang tiggamit. Ang XOS may gibug-aton nga 68 kg.
2011-karon – Giaprobahan sa US Food and Drug Administration (FDA) ang ReWalk medical exoskeleton (9). Kini usa ka sistema nga naggamit sa mga elemento sa kusog aron mapalig-on ang mga bitiis ug gitugotan ang mga paraplegic nga makabarog nga tul-id, makalakaw ug makasaka sa hagdanan. Ang enerhiya gihatag sa usa ka backpack nga baterya. Ang pagpugong gihimo gamit ang usa ka yano nga gikuptan nga hilit nga kontrol, nga nakamatikod ug nagtul-id sa mga lihok sa tiggamit. Kining tanan gimugna ni Amit Goffer gikan sa Israel ug gibaligya sa ReWalk Robotics Ltd (orihinal nga Argo Medical Technologies) sa gibana-bana nga PLN 85 nga libo. dolyares.
9. Ang mga tawo naglakaw sa ReWalk exoskeletons
Sa panahon sa pagpagawas, ang mga ekipo anaa sa duha ka bersyon - ReWalk I ug ReWalk P. Ang una gigamit sa mga institusyong medikal alang sa panukiduki o terapyutik nga mga katuyoan ubos sa pagdumala sa usa ka medikal nga propesyonal. Ang ReWalk P gituyo alang sa personal nga paggamit sa mga pasyente sa balay o sa mga pampublikong lugar. Niadtong Enero 2013, gi-release ang bag-ong bersyon sa ReWalk Rehabilitation 2.0. Gipauswag niini ang posisyon sa paglingkod alang sa mas taas nga mga tawo ug gipaayo ang control software. Ang ReWalk nagkinahanglan sa tiggamit sa paggamit sa crutches. Cardiovascular mga sakit ug bukog fragility gihisgotan ingon nga contraindications. Ang mga limitasyon usab taas, sulod sa 1,6-1,9 m, ug gibug-aton sa lawas hangtod sa 100 kg. Kini ra ang exoskeleton diin makamaneho ka ug awto.
10. eLEGS gikan sa Ex Bionics
2012 – Ang Ekso Bionics, nga nailhan kaniadto nga Berkeley Bionics, nagpaila sa iyang medikal nga exoskeleton. Ang proyekto nagsugod duha ka tuig ang milabay ubos sa ngalan nga eLEGS (10), ug gituyo alang sa rehabilitasyon sa mga tawo nga adunay lainlaing ang-ang sa paralisis. Sama sa ReWalk, ang disenyo nanginahanglan sa paggamit sa mga saklay. Ang baterya naghatag og kusog sa labing menos unom ka oras nga paggamit. Ang Exo kit nagkantidad ug mga 100 ka libo. dolyares. Sa Poland, ang Exo GT exoskeleton nga proyekto nahibal-an - usa ka medikal nga aparato nga gidisenyo aron magtrabaho sa mga pasyente nga neurological. Ang disenyo niini nagtugot sa paglakaw, lakip ang mga tawo human sa mga stroke, mga samad sa spinal cord, mga pasyente nga adunay multiple sclerosis o adunay Guillain-Barre syndrome. Ang mga ekipo mahimong molihok sa daghang lainlaing mga mode, depende sa lebel sa dysfunction sa pasyente.
2013 - Ang Mindwalker, usa ka proyekto nga exoskeleton nga kontrolado sa hunahuna, nakadawat pondo gikan sa European Union. Ang disenyo mao ang resulta sa usa ka kolaborasyon tali sa mga siyentipiko gikan sa Free University of Brussels ug sa Santa Lucia Foundation sa Italy. Gisulayan sa mga tigdukiduki ang lainlaing mga paagi aron makontrol ang aparato - nagtuo sila nga ang interface sa utok-neuro-computer (BNCI) labing maayo, nga nagtugot kanimo nga makontrol kini sa imong mga hunahuna. Ang mga signal mobiyahe tali sa utok ug sa kompyuter, nga molabay sa spinal cord. Gi-convert sa Mindwalker ang mga signal sa EMG, nga gagmay nga mga potensyal (gitawag nga myopotentials) nga makita sa nawong sa panit sa usa ka tawo kung molihok ang mga kaunuran, ngadto sa mga mando sa paglihok sa elektroniko. Ang exoskeleton kay gaan kaayo, motimbang lang ug 30 kg nga walay baterya. Makasuporta kini sa usa ka hamtong nga may gibug-aton nga hangtod sa 100 kg.
2016 – Ang ETH Zurich, Switzerland, maoy nag-host sa unang Cybathlon sports competition alang sa mga tawo nga adunay mga kakulangan gamit ang assistive robots. Usa sa mga disiplina mao ang usa ka exoskeleton race sa usa ka obstacle course alang sa mga tawo nga adunay paraplegia. Niini nga pagpakita sa mga kahanas ug teknolohiya, ang mga tiggamit sa exoskeleton kinahanglan nga mobuhat sa mga buluhaton sama sa paglingkod ug pagtindog sa usa ka sopa, paglakaw sa mga bakilid, pagtunob sa mga bato (sama sa pagtabok sa usa ka mabaw nga suba sa bukid), ug pagsaka sa hagdanan. Kini nahimo nga walay usa nga makakompleto sa tanan nga mga ehersisyo, ug ang pinakapaspas nga mga team mikuha og sobra sa 50 minutos aron makompleto ang 8-meter obstacle course. Ang sunod nga panghitabo mahitabo sa 2020 ingon usa ka timailhan sa pag-uswag sa teknolohiya sa exoskeleton.
2019 - Atol sa mga demonstrasyon sa ting-init sa Commando Training Center sa Lympstone, UK, si Richard Browning, imbentor ug CEO sa Gravity Industries, nagpakita sa iyang Daedalus Mark 1 exoskeleton jet suit, nga naghimo og dako nga impresyon sa militar, ug dili lamang sa mga British. Unom ka gagmay nga mga makina sa jet - duha niini gi-install sa likod ug duha sa porma sa dugang nga mga pares sa matag bukton - nagtugot kanimo sa pagsaka sa gitas-on nga hangtod sa 600 m. Sa pagkakaron, ang sugnod igo lamang alang sa 10 minutos nga paglupad ...
