Стальные мышцы: как используют экзоскелеты в армии и быту

Сколько получится продержать на вытянутой руке гирю в пять килограммов? 30 секунд? Минуту? Полторы? Натренированный человек может держать такую нагрузку больше трех минут. А сколько сможет продержаться человек, занимающийся умственным трудом, но с использованием высоких технологий? Оказывается, более чем в сто раз дольше. А на помощь придет экзоскелет – каркасная система со сложными подвижными механизмами. Он позволяет в несколько раз увеличить силу и выносливость человека, снимая нагрузку с мышц и перенося вес на железную опору. Вот только стоит этот экзоскелет почти миллион рублей. Придумывать и покупать такое, чтобы поражать девушек в фитнес-клубе? Конечно, нет. Эта технология должна изменить мир. На что способен данный механизм? Кто превращает грузчиков и курьеров в живых роботов? И зачем японцы изобрели человеческий хвост? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Механическая рука

Типичная ситуация: обе руки заняты и так не хватает третьей – хотя бы дверь открыть. Хватит это терпеть, решили инженеры из Японии и создали механическую руку. Искусственная конечность надевается на спину словно рюкзак.

Ей можно доверить не только мобильный телефон и кружку с кофе, но и тонкую работу. Например, пайку мелких деталей. Управляют дополнительной рукой при помощи ног. Специальные датчики установлены на икрах и пальцах.   

"Конечно, нужна определенная сноровка, чтобы управлять третьей рукой. Но в конце концов человеку начинает казаться, что эта искусственная конечность – часть его тела", – отметил изобретатель Ямен Сараиджи.

Робохвост

Кажется, что сотрудники университета Кэйто действительно осчастливили человечество. Сколько всего можно переделать, имея в запасе дополнительную руку. Но японцы решили на этом не останавливаться и подарить людям... хвост.

И вот это изобретение кажется абсолютно бесполезным. Наши предки утратили этот орган миллионы лет назад. Его "ампутировала" эволюция, оставив на память копчик.

"Хвост – это еще одна точка опоры, которая помогала обезьяне преодолевать расстояния по верхушкам деревьев. Как только обезьяна спустилась вниз, рука стала неотъемлемой частью для выполнения минимальных функций, но прежде всего ее использовали для охоты, и она получила преимущество над хищниками. И хвост перестал быть необходимым, потому что на деревья лазить стало бессмысленно", – сказал врач, клинический фармаколог, терапевт, кандидат медицинских наук Андрей Кандрахин.

Но зачем японские изобретатели решили повернуть эволюцию вспять и приделать хвост обратно? Они уверяют, что благодаря такому приобретению люди смогут переносить тяжелые грузы. Железная конструкция в районе пятой точки станет своеобразным противовесом.

"Для этого масса робохвоста должна составлять не меньше пяти процентов веса самого человека. И мы сейчас думаем, как при этом сделать хвост удобным. Нам предстоит изобрести искусственную мышечную систему, которая позволит равномерно распределять нагрузку и управлять хвостом без участия рук", – отметил Ямен Сараиджи.

Экзоскелет активного типа

Если честно, не очень понятно, зачем японцам такие сложности. Ведь люди довольно давно придумали экзоскелет для поднятия тяжестей. Электроприводы, датчики движения, облегченный корпус. И полное отсутствие механического хвоста. Именно так выглядит самый дорогой экзоскелет в мире. Груз в 90 килограммов в нем кажется не тяжелее пятилитровой бутылки с водой.

"Чтобы начать работать с экзоскелетом, человек заходит внутрь конструкции и надежно прикрепляется к ней с помощью ремней и жилета. После этого, по сути, робот просто дублирует действия человека, считывая его движения и усилия, а также повторяя их с учетом пропорций. Соотношение прикладываемого человеком усилия и усилия робота составляет до одного к двадцати", – пояснил директор отдела продаж Джеймс Дитрих.

Американская разработка относится к экзоскелетам так называемого активного типа.

"Активный тип – это когда есть аккумулятор, когда приводной механизм работает. То есть это когда экзоскелет работает за человека, человек им просто управляет", – рассказал директор по развитию компании "Бека РУС" Павел Михайлов.

Из-за сложной конструкции стоят такие экзоскелеты очень дорого.  Американцы полную цену своей продукции даже не озвучивают, но, по слухам, это несколько миллионов долларов. Впрочем, даже за такую сумму купить активный экзоскелет невозможно – не продают. Пока говорят лишь об аренде.

Экзоскелеты пассивного типа

Год проката экзоскелета активного типа обойдется в 100 тысяч долларов. Оплачивать труд целой бригады грузчиков дешевле. Поэтому производители всего мира предлагают покупателям более бюджетный вариант – экзоскелеты пассивного типа.

"Они работают за счет пружин, за счет каких-то систем трапеций и так далее. И они подразделяются на несколько сразу типов работы. То есть есть тип, который работает либо на уровне груди, либо выше и над головой. И соответственно такой тип помогает разгружать руки, плечи и верхнюю часть спины. Есть для нижней части спины, когда ты делаешь наклоны, и есть возможные модификации вроде экзостула, который крепится к ногам", – пояснил Павел Михайлов.

Экзоскелеты пассивного типа помогают японским строителям при разборе завалов на Фудзияме. Оползень засыпал тоннами земли и обломков горную тропу на склоне. Техника пройти туда не могла. Пришлось разбирать завалы руками. Уже через несколько часов тяжелого труда люди стали выдыхаться. Тогда рабочих и оснастили экзоскелетами.

"Выносливость в статике увеличивается на 80 процентов, на 38 процентов увеличивается выносливость в движении", – отметил Павел Михайлов.

В Шанхае подобными помощниками оснастили даже курьеров. В период пандемии работы и грузов у них прибавилось. Такой усовершенствованный посыльный переносит в три раза больше коробок с пиццей. Получается, что создатели экзоскелетов для переноски и поднятия тяжестей прекрасно обходятся без механического хвоста. А значит занять эту нишу японское ноу-хау не сумеет. Может, изобретение японцев пригодится военным?

"Третья рука"

"Третья рука" – изобретение американских военных конструкторов. Вот только крепится устройство не сзади, а сбоку, отсюда и такое название. Подвес без проблем выдерживает пулемет или гранатомет и значительно уменьшает отдачу во время стрельбы. Кажется, мы разгадали загадку японцев – механический хвост они создали для армии...

На самом деле – нет. Такое устройство не нужно и военным. Как показали полевые испытания, в реальном бою, а не в тире, дополнительная железная конечность только мешает. Солдат становится слишком заметным, неповоротливым и уязвимым для вражеских пуль. Кроме того, весит конструкция почти семь килограммов – огромная нагрузка для марш-броска.

"Пока что наше устройство можно считать прототипом в ранней версии. Но это изобретение вписывается в концепцию модернизации американской армии. И мы надеемся, что наша идея найдет применение", – сказал инженер Дэн Бачл.

Надежды создателей "Третьей руки" вряд ли оправдаются. Пентагон предпочитает вкладываться в самые дорогие экзоскелеты для своих солдат. Как раз в те самые – активного типа.

Суперброня

Презентация проекта "Талос" – будто сцена из компьютерной игры. На роботизированный костюм для спецназа потратили десятки миллионов долларов. Разработчики обещали сделать настоящую броню супергероя. Она должна была дать солдатам сверхчеловеческую силу и полную защиту от стрелкового оружия. На деле ничего не вышло.

Оказалось, суперброня потребляет огромное количество электроэнергии. Даже самых мощных аккумуляторов хватало всего на несколько часов. После чего костюм супергероя превращался в бесполезную консервную банку. В итоге проект "Талос" заморозили.

"Сейчас мы работаем над созданием мощного и легкого аккумулятора. Который смог бы поддерживать жизнеобеспечение брони "Талос" в течение трех суток. Причем при активной работе. Это минимальное требование для полевых условий", – отметил представитель компании-разработчика Кит Максвелл.

Российский армейский экзоскелет

Пока американцы ищут подходящий аккумулятор, в России разрабатывают армейский экзоскелет, которому электроэнергия вообще не нужна. 

"Образец является пассивным. То есть в нем нет энергетики, он не потребляет энергию, соответственно время его работы неограниченно, что позволяет фактически 24 часа в сутки находиться в нем, не испытывая никаких ограничений", – пояснил заместитель генерального директора компании-производителя Максим Скоков.

Российская разработка весит шесть килограммов. Механический костюм состоит из отдельных модулей – для рук, спины и ног. Поддержка рук нужна пехоте для тяжелого вооружения. Инженерным войскам модуль для спины поможет переносить тяжести. Саперы, которым долго приходится сидеть на корточках, уже оценили поддержку для ног.

"Одной важной особенностью модуля ног является возможность блокировки коленного сустава в любой необходимой позе, что позволяет удерживать не только вес целевой нагрузки, но также распределять массу оператора. Сидит на стуле, при этом вся масса уходит мимо ног, уходит в землю, как некие опоры", – сказал заместитель генерального директора компании-производителя промышленных экзоскелетов Максим Скоков.

Зачем нужен механический хвост?

И снова видите, ничего похожего на механический хвост. Так зачем его придумали? Причем не только японцы, но и Кэтрин Веронно – сотрудница Шербрукского университета в Канаде. И она тоже разрабатывает манипулятор, который крепится к спине.

"Пока наш хвост способен на самые простые манипуляции. И он немного несбалансирован – от резкого движения можно упасть", – сказала ведущий исследователь Кэтрин Веронно.

Получается, что Кэтрин придумала бесполезную игрушку. Может, и японские инженеры просто развлекались? Но ведь они вложили в проект сотни тысяч долларов. Неужели такие деньги выбросили зря? Конечно, нет. Японцы предложили такую необычную конструкцию в качестве альтернативы дорогим экзоскелетам активного типа, ведь их используют не только в армии или промышленном производстве.

"Чаще всего активные экзоскелеты используются сейчас в медицине – для реабилитации. То есть они помогают людям учиться снова ходить. То есть они берут на себя функцию ходьбы. Ты переносишь вес, и происходит автоматический шаг", – пояснил Павел Михайлов.

В отличие от стандартных активных экзоскелетов, у робохвоста есть важная особенность. Он помогает человеку балансировать, но при этом не снимает полностью нагрузку с мышц. Процесс реабилитации проходит намного быстрее. Кроме того, стоимость механического хвоста будет в разы меньше, чем у навороченных экзоскелетов. Так что, вполне возможно, через 10 лет по улицам будут гулять люди с хвостами и это никого не будет удивлять.

"Наука и техника" – программа о самых невероятных достижениях прогресса и открытиях ученых, об инновациях, способных изменить будущее человечества. Это настоящий научный блокбастер с ведущим Михаилом Борзенковым, который выходит по субботам в 12:00 на РЕН ТВ.