نیم قرن پس از شروع کار در زمینه اسکلت خارجی ، اولین نمونه های این تجهیزات آماده رفتن به کار تمام عیار هستند. لاکهید مارتین به تازگی به خود افتخار کرده است که پروژه HULC (حامل بار جهانی انسان) نه تنها با پنتاگون آزمایش صحرایی شده است ، بلکه آماده تولید سریالی است. اسکلت بیرونی HULC اکنون توسط چندین پروژه مشابه دیگر شرکت ها "از پشت نفس می کشد". اما چنین فراوانی طرح همیشه نبود.
در واقع ، ایده ایجاد هر وسیله ای که بتواند توسط فرد پوشیده شود و ویژگی های جسمانی او را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد ، در نیمه اول قرن گذشته ظاهر شد. با این حال ، تا زمان معینی ، این تصور دیگری از نویسندگان داستان های علمی تخیلی بود. توسعه یک سیستم کاربردی تقریباً در اواخر دهه پنجاه آغاز شد. جنرال الکتریک تحت حمایت ارتش آمریکا پروژه ای به نام هاردیمن را راه اندازی کرد. وظیفه فنی جسورانه بود: اسکلت بیرونی GE به فرد اجازه می داد با بارهای تا وزن یک و نیم هزار پوند (حدود 680 کیلوگرم) کار کند. اگر پروژه با موفقیت به پایان برسد ، اسکلت بیرونی هاردیمن چشم اندازهای خوبی خواهد داشت. بنابراین ، ارتش قصد داشت از فناوری جدید برای تسهیل کار اسلحه سازان در نیروی هوایی استفاده کند. علاوه بر این ، دانشمندان هسته ای ، سازندگان و نمایندگان بسیاری از صنایع دیگر "در خط" بودند. اما حتی ده سال پس از شروع برنامه ، مهندسان جنرال الکتریک نتوانسته اند همه آنچه را که تصور شده بود به فلز ترجمه کنند. چندین نمونه اولیه ، از جمله بازوی مکانیکی کار ، ساخته شد. پنجه عظیم هاردیمن دارای نیروی هیدرولیکی بود و می توانست 750 پوند بار (تقریبا 340 کیلوگرم) را تحمل کند. بر اساس یک "دستکش" قابل کار ، امکان ایجاد یک دستکش دوم وجود داشت. اما طراحان با مشکل دیگری روبرو شدند. "پاهای" مکانیکی اسکلت بیرونی نمی خواست به درستی کار کند. نمونه اولیه هاردیمان با یک دست و دو پایه پشتیبانی کمتر از 750 کیلوگرم وزن داشت ، در حالی که حداکثر ظرفیت طراحی کمتر از وزن خود بود. با توجه به این وزن و ویژگی های مرکزیت اسکلت بیرونی ، هنگام بلند کردن بار ، کل ساختار اغلب شروع به ارتعاش می کند ، که منجر به واژگونی چندین بار می شود. نویسندگان پروژه با کنایه ای تلخ این پدیده را "رقص مکانیکی سنت ویتوس" نامیدند. مهم نیست که طراحان جنرال الکتریک چقدر تلاش کردند ، اما نتوانستند با تراز و ارتعاشات کنار بیایند. در ابتدای دهه 70 ، پروژه هاردیمان بسته شد.
در سالهای بعد ، کار در راستای اسکلت خارجی غیرفعال شد. هر از گاهی ، سازمان های مختلف شروع به برخورد با آنها کردند ، اما تقریباً همیشه نتیجه مورد نظر دنبال نشد. در عین حال ، هدف از ایجاد اسکلت بیرونی همیشه استفاده نظامی آن نبود. در دهه 70 ، کارکنان موسسه فناوری ماساچوست ، بدون موفقیت زیاد ، تجهیزات این کلاس را توسعه دادند که برای توانبخشی افراد معلول با آسیب سیستم اسکلتی عضلانی طراحی شده بود. متأسفانه ، در آن زمان ، مهندسان نیز در راه همگام سازی قسمت های مختلف کت و شلوار قرار گرفتند. لازم به ذکر است که اسکلت های بیرونی دارای تعدادی ویژگی هستند که ایجاد آنها را کمی آسان نمی کند. بنابراین ، بهبود قابل توجه قابلیت های فیزیکی اپراتور انسانی به منبع مناسب انرژی نیاز دارد.دومی ، به نوبه خود ، ابعاد و وزن مرده کل دستگاه را افزایش می دهد. مشکل دوم در تعامل فرد و اسکلت خارجی است. اصل عملکرد چنین تجهیزاتی به شرح زیر است: فرد با بازو یا پای خود هر حرکتی را انجام می دهد. حسگرهای ویژه مربوط به اندام او این سیگنال را دریافت می کنند و فرمان مناسب را به عناصر فعال کننده - مکانیسم های هیدرولیکی یا الکتریکی منتقل می کنند. همزمان با صدور فرمانها ، همین سنسورها اطمینان می دهند که حرکت دستکارها با حرکات اپراتور مطابقت دارد. مهندسان علاوه بر همگام سازی دامنه حرکات ، با مسئله زمان بندی نیز روبرو هستند. نکته این است که هر مکانیکی زمان واکنش مشخصی دارد. بنابراین ، باید به منظور سهولت کافی در استفاده از اسکلت خارجی به حداقل برسد. در مورد اسکلت های بیرونی کوچک و جمع و جور ، که اکنون بر آنها تأکید شده است ، همگام سازی حرکات انسان و ماشین از اولویت خاصی برخوردار است. از آنجا که اسکلت بیرونی جمع و جور اجازه افزایش سطح نگهدارنده و غیره را نمی دهد ، مکانیک هایی که زمان حرکت با شخص را ندارند می توانند بر استفاده از آن تأثیر منفی بگذارند. به عنوان مثال ، حرکت بی موقع "پای" مکانیکی می تواند منجر به این واقعیت شود که فرد به سادگی تعادل خود را از دست می دهد و زمین می خورد. و این به دور از همه مشکلات است. بدیهی است که پای انسان از آزادی دست کمتری نسبت به دست برخوردار است ، چه برسد به دست و انگشتان.
جدیدترین تاریخچه اسکلت های بیرونی نظامی در سال 2000 آغاز شد. سپس آژانس آمریکایی DARPA شروع برنامه EHPA (اسکلت های بیرونی برای افزایش عملکرد انسان - اسکلت های بیرونی برای افزایش عملکرد انسان) را آغاز کرد. برنامه EHPA بخشی از پروژه بزرگتر Land Warrior برای ایجاد ظاهر سرباز آینده بود. با این حال ، در سال 2007 ، Land Warrior لغو شد ، اما قسمت اسکلت خارجی آن ادامه یافت. هدف پروژه EHPA ایجاد به اصطلاح. یک اسکلت بیرونی کامل ، که شامل تقویت کننده برای بازوها و پاهای انسان بود. در عین حال ، هیچ گونه سلاح و رزرو لازم نبود. مقامات مسئول دارپا و پنتاگون به خوبی می دانستند که وضعیت فعلی در زمینه اسکلت های بیرونی به سادگی اجازه نمی دهد آنها را به عملکردهای اضافی مجهز کنیم. بنابراین ، دستورالعمل برنامه EHPA تنها به معنای امکان حمل طولانی مدت یک سرباز در اسکلت بیرونی با وزن حدود 100 کیلوگرم و افزایش سرعت حرکت آن است.
Sacros و دانشگاه برکلی (ایالات متحده) ، و همچنین Cyberdyne Systems ژاپن ، تمایل خود را برای مشارکت در توسعه فناوری جدید اعلام کردند. دوازده سال از شروع برنامه می گذرد و در این مدت ترکیب شرکت کنندگان دستخوش تغییراتی شده است. Sacros اکنون بخشی از نگرانی Raytheon شده است و بخشی از دانشگاه به نام Berkeley Bionics به بخشی از لاکهید مارتین تبدیل شده است. به هر حال ، اکنون سه نمونه اولیه اسکلت بیرونی تحت برنامه EHPA ایجاد شده اند: Lockheed Martin HULC ، Cyberdyne HAL و Raytheon XOS.
اولین اسکلت بیرونی ذکر شده - HULC - به طور کامل شرایط DARPA را برآورده نمی کند. واقعیت این است که ساختار 25 کیلوگرمی فقط شامل یک سیستم پشتیبانی پشت و "پاهای" مکانیکی است. پشتیبانی دستی در HULC اجرا نمی شود. در عین حال ، قابلیت های فیزیکی اپراتور HULC به دلیل این واقعیت است که از طریق سیستم پشتیبانی پشت ، بیشتر بار روی بازوها به عناصر نیروی اسکلت خارجی منتقل می شود و در نهایت "به زمین" می رود. به لطف سیستم کاربردی ، یک سرباز می تواند تا 90 کیلوگرم بار حمل کند و در عین حال بار را که مطابق با تمام استانداردهای ارتش است تجربه کند. HULC از باتری لیتیوم یونی تغذیه می کند که تا هشت ساعت دوام می آورد. در حالت اقتصادی ، یک فرد در اسکلت خارجی می تواند با سرعت 4-5 کیلومتر در ساعت راه برود. حداکثر سرعت ممکن HULC 17-18 کیلومتر در ساعت است ، اما این حالت عملکرد سیستم به طور قابل توجهی زمان کار را با یک بار شارژ باتری کاهش می دهد.در آینده ، لاکهید مارتین قول می دهد HULC را به سلول های سوختی مجهز کند که ظرفیت آن برای یک روز کارکرد کافی خواهد بود. علاوه بر این ، در نسخه های بعدی ، طراحان قول دست "روباتیک" را می دهند ، که به طور قابل توجهی قابلیت های کاربر اسکلت بیرونی را افزایش می دهد.
Raytheon تا کنون دو اسکلت خارجی مشابه با شاخص های XOS-1 و XOS-2 ارائه کرده است. آنها از نظر پارامترهای وزن و اندازه و در نتیجه تعدادی از ویژگی های عملی متفاوت هستند. برخلاف HULC ، خانواده XOS مجهز به سیستم امداد دستی است. هر دوی این اسکلت های بیرونی می توانند حدود 80-90 کیلوگرم از وزن خود را بلند کنند. قابل ذکر است که طراحی هر دو XOS به شما امکان می دهد دستکاری کننده های مختلف را روی بازوهای مکانیکی نصب کنید. لازم به ذکر است که XOS-1 و XOS-2 تا کنون مصرف برق قابل توجهی دارند. به همین دلیل ، آنها هنوز خودمختار نیستند و به منبع تغذیه خارجی نیاز دارند. بر این اساس ، حداکثر سرعت سفر و عمر باتری مورد بحث نیست. اما ، به گفته Raytheon ، نیاز به برق کابل مانعی برای استفاده از XOS در انبارها یا پایگاههای نظامی که منبع مناسب برق وجود دارد ، نخواهد بود.
سومین نمونه از برنامه EHPA Cyberdyne HAL است. امروزه نسخه HAL-5 مرتبط است. این اسکلت خارجی تا حدی مخلوطی از دو مورد اول است. مانند HULC ، می توان از آن به طور مستقل استفاده کرد - باتری ها 2.5-3 ساعت دوام می آورند. با خانواده XOS ، توسعه Cyberdyne Systems با "کامل بودن" طراحی یکپارچه شده است: شامل سیستم های پشتیبانی برای هر دو دست و پا است. با این حال ، ظرفیت حمل HAL-5 از چند ده کیلوگرم تجاوز نمی کند. وضعیت با ویژگیهای سرعت این توسعه مشابه است. واقعیت این است که طراحان ژاپنی نه بر استفاده نظامی ، بلکه بر توانبخشی افراد معلول تمرکز کرده اند. بدیهی است که چنین کاربرانی به سادگی نیازی به سرعت یا ظرفیت بار زیاد ندارند. بر این اساس ، اگر ارتش به وضعیت فعلی خود به HAL-5 علاقه مند باشد ، می توان اسکلت بیرونی جدیدی بر اساس آن ایجاد کرد که برای استفاده نظامی تیز شده است.
از بین تمام گزینه های اسکلت های خارجی امیدوار کننده که به مسابقه EHPA ارائه شده است ، فقط HULC تا کنون به همراه ارتش به آزمایش رسیده است. تعدادی از ویژگی های پروژه های دیگر هنوز اجازه آزمایش های میدانی خود را نمی دهند. در ماه سپتامبر ، چندین کیت HULC به صورت قسمتی برای مطالعه ویژگی های اسکلت خارجی در شرایط واقعی ارسال می شود. اگر همه چیز بدون مشکل پیش برود ، تولید مقیاس بزرگ در سال 15-2014 آغاز می شود.
در این بین ، دانشمندان و طراحان مفاهیم و طرح های بهتری خواهند داشت. دستکش روباتیک مورد انتظارترین نوآوری در زمینه اسکلت خارجی است. دستکارهای موجود هنوز برای استفاده از ابزارها و اشیاء مشابه در نظر گرفته شده برای استفاده دستی بسیار مناسب نیستند. علاوه بر این ، ایجاد چنین دستکش هایی با تعدادی از مشکلات همراه است. به طور کلی ، آنها مشابه سایر مجموعه های اسکلت خارجی هستند ، اما در این مورد ، مشکلات همگام سازی توسط تعداد زیادی از عناصر مکانیکی ، ویژگی های حرکت دست انسان و غیره تشدید می شود. گام بعدی در توسعه اسکلت های خارجی ایجاد یک رابط عصبی الکترونیکی خواهد بود. در حال حاضر حرکت مکانیک توسط سنسورها و درایوهای سروو کنترل می شود. برای مهندسان و دانشمندان راحت تر استفاده از یک سیستم کنترل با الکترودهایی است که تکانه های عصبی انسان را حذف می کند. از جمله موارد دیگر ، چنین سیستمی زمان واکنش مکانیسم ها را کاهش می دهد و در نتیجه کارایی کل اسکلت خارجی را افزایش می دهد.
با توجه به کاربرد عملی ، در نیم قرن گذشته ، دیدگاه ها در مورد آن تقریباً تغییر نکرده است. ارتش هنوز به عنوان کاربران اصلی سیستم های امیدوار کننده در نظر گرفته می شود.آنها می توانند از اسکلت های بیرونی برای عملیات بارگیری و تخلیه ، تهیه مهمات و علاوه بر این ، در شرایط رزمی ، برای افزایش قابلیت های جنگنده ها استفاده کنند. لازم به ذکر است که ظرفیت حمل اسکلت های خارجی نه تنها برای ارتش مفید خواهد بود. استفاده گسترده از فناوری که به افراد اجازه می دهد قابلیت های فیزیکی خود را به میزان قابل توجهی افزایش دهند ، می تواند چهره تمام تدارکات و حمل و نقل بار را تغییر دهد. به عنوان مثال ، زمان بارگیری یک نیمه تریلر بار در صورت عدم وجود لیفتراک ، ده ها درصد کاهش می یابد ، که باعث افزایش کارایی کل سیستم حمل و نقل می شود. در نهایت ، اسکلت های خارجی تحت کنترل اعصاب به افراد معلول کمک می کند تا دوباره زندگی کامل داشته باشند. علاوه بر این ، امیدهای زیادی به رابط عصبی و الکترونیکی وابسته است: در صورت آسیب های ستون فقرات و غیره. در آسیب ها ، سیگنال های مغز ممکن است به ناحیه خاصی از بدن نرسد. اگر ما آنها را در ناحیه آسیب دیده عصب "رهگیری" کرده و آنها را به سیستم کنترل اسکلت بیرونی بفرستیم ، آن فرد دیگر در ویلچر یا تختخواب نمی ماند. بنابراین ، تحولات نظامی می تواند بار دیگر زندگی نه تنها ارتش را بهبود بخشد. در حال حاضر ، با برنامه ریزی های بزرگ ، باید در مورد عملیات آزمایشی اسکلت بیرونی لاکهید مارتین HULC ، که فقط در پاییز آغاز می شود ، به یاد داشته باشید. بر اساس نتایج آن ، می توان هم درباره چشم اندازهای کل صنعت و هم علاقه کاربران به آن قضاوت کرد.
