Экзоскелет: будущее, которое уже наступило. Железный солдат будущего Экзо костюмы будущего

Солдаты объединенной армии Земли из фантастического боевика «Грань будущего», облаченные в устрашающие боевые экзоскелеты, вскоре могут сойти с киноэкрана в обычную жизнь. Точнее - в реальные войны.

Герой этого блокбастера, американский майор Кейдж в исполнении Тома Круза, сражается против монстров инопланетной расы в эффектном роботизированном каркасе, как будто срисованном с популярных аниме и фантастических комиксов. Однако, как обещают военные, в течение ближайших пяти – десяти лет в распоряжении вооруженных сил России, США, стран Европы, Японии и Китая может появиться целая линейка таких военных экзоскелетов – футуристических устройств, которые сделают солдат неутомимыми и неуязвимыми.

Возможности робокостюмов, если верить их разработчикам, в перспективе почти безграничны. Для начала, как предполагается, солдаты недалекого будущего в экзоскелетах смогут поднимать тяжести до 450 кг и переносить груз (в том числе тяжелое вооружение) весом до центнера в течение нескольких часов во время двадцатикилометрового марша со средней скоростью более 7 км/ч и с возможностью кратковременных ускорений в 4 раза. А еще - перепрыгивать через препятствия высотой и длиной в несколько метров, выдерживать атаки химического и биологического оружия, радиацию, иное жесткое излучение и высокие температуры.

Каждый чудо-каркас будет оборудован встроенным компьютером, дисплеем и защитным шлемом с возможностью обзора на 360 градусов, а специальная система креплений позволит устанавливать на экзоскелет броню, которая защитит человека от осколков бомб и снарядов, пуль и ударов лазера. При желании на эту конструкцию можно будет навесить любые другие агрегаты и приспособления, вплоть ракет и станковых пулеметов.

В перспективе же военный экзоскелет призван стать симбиозом защитного робокостюма, скафандра астронавта и ходячего арсенала. Помимо прочих боевых задач, эти «костюмы» смогут использоваться для боевых действий в условиях города; там, где требуется большое количество боеприпасов, мощная поражающая сила и «серьезная» бронезащита; в разведывательных и диверсионных операциях по тылам противника - и вообще везде, где обычному солдату не выжить. Система датчиков при этом будет отслеживать состояние здоровья бойца, а также оказывать ему первую помощь при ранениях и травмах.

Но и этого мало. Военные конструкторы уже создают экзоскелеты для боевых действий не только на суше, но и в воде. А особые надежды разработчики возлагают на экзоскелет с двумя реактивными микротурбинами и набором крыльев, управляя которым солдаты смогут летать со скоростью более 100 км/ч, планировать в воздухе и зависать на высоте несколько тысяч метров.

Как все это будет выглядеть в натуре, можно увидеть не только в «Грани будущего», но и многих других фантастических боевиках - «Аватаре», «Звездном десанте», «Районе N 9» и т.д. Хотя полковник Куоритч из «Аватара», строго говоря, управляет не экзоскелетом, а «мехом» – «шагающим танком», боевой машиной, которая пилотируется из кабины, расположенной в торсе или голове огромного механизма. А отважная Эллен Рипли в финале «Чужих» сражается с королевой монстров, находясь внутри шагающего погрузчика (чем не праэкзоскелет?)

Еще в 1959 г. американский фантаст Роберт Хайнлайн опубликовал роман «Звездный десант», впоследствии экранизированный Полом Верховеном, где впервые был описан бронированный скафандр, одевшись в который «звездные рейнджеры» могли бегать, прыгать и летать посредством ракетных двигателей. А наиболее знаменитыми кинопрародителями солдата в экзоскелете стали Железный человек и неутомимый Халк из комиксов Marvel.

За два года появления комиксов о Железном человеке, в 1961-м, американские военные приступили к разработке механической униформы для «человека-танка». Классический принцип, который тогда взяли на вооружение разработчики, воспроизводится и сегодня: экзоскелет отслеживает движения пользователя и, многократно усиливая, повторяет их с помощью встроенных сервоприводов. Чувствительные сенсоры суперкостюма регистрируют мышечные сокращения и передают сигналы на электродвигатели, которые, в свою очередь, увеличивают силу в конечностях человека, а компьютеры и датчики обеспечивают всей конструкции баланс и ориентировку. При этом, хотя моторы реагируют на поступающие сигналы достаточно быстро, человек в экзоскелете все же ощущает заметную задержку движений.

В конце 2000-х в Японии создали экзоскелет, который приводится в движение электрическими сигналами, поступающими через сенсоры, закрепленные на коже, а не в результате сокращений мускулов. А в будущем, как обещают те же японцы, экзоскелеты будут управляться и при помощи мысли.

В 2013 г. в рамках Дня инноваций Министерства обороны РФ в Москве одно из подразделений проекта «ЭкзоАтлет» представило первый действующий образец суперкостюма, адаптированный для штурмовых отрядов и предназначенный для снятия нагрузки с бойцов при переноске штурмового щита. Большая часть веса щита - 35 кг - ложилась на конструкцию экзоскелета, которая была снабжена устройством для фиксации и быстрого снятия щита, что очень важно во время боевых действий. У спецназовца при этом освобождались руки для ведения боя или, скажем, разминирования территории.

Смотрели фильмы а-ля железный человек или грань будущего? Хотели бы такой костюм или хотя бы экзоскелет Российского производства? Экзоскелет это механическое устройство представляющая собой внешний каркас тела человека.
Устройство повторяет биомеханику человека и способна увеличивать подъемную сила, а также восполнять утраченные функции например ходьбу. Да, уже существуют экзоскелета способные вернуть людям способность ходить.
В ближайшем будущем экзоскелета будет классифицироваться на сферы в которых они будут применяться:

Военная сфера

Наиболее передовые военные образцы показывает нам вооруженные силы США. Экзоскелеты способны заменять или усиливать физические способности бойцов, будут являться сильным преимуществом в борьбе с врагом.

Медицинская сфера

Экзоскелеты созданные для людей с проблемами опорно-двигательного аппарата. Данные модификации способны помочь людям, которые утратили способность ходить в связи с травмой спинного мозга или перенёсшие инсульт.

Видео о прототипе «ЭкзоАтлет»:

Рабочая сфера

Данные образца будут помогать рабочим совершать операции требующие переносить тяжёлые предметы а также компенсировать устроюсь во время рабочего дня.
До наших дней основной проблемой экзоскелета было несоизмеримая сила которой обладал образец. Любо действие человека в костюме влекло за собой интенсивное движение скелета, не позволяющая сделать мелкую «работу».
Также ещё одной проблемой являлся большой вес костюма.
Российские разработчики также представили миру опытны образец в 2016 году. Проект носит название ExoAtlet. Группа ученых и инженеров разработала данный прототипа для медицинской сферы. С помощью него команда ученых будут помогать людям проходить реабилитацию и адаптацию в связи с нарушением функций нижних конечностей. Последняя Версия носит название — «ExoAtlet Albert».

Американский Экзоскелет «Talos»

Армия США берет на вооружение бронированный костюм TALOS, (Аббревиатура расшифровывается как Tactical Assault Light Operator Suit) который повысит безопасность и увеличит боевой потенциал бойца. Американцы сделали ставку на качественное превосходство, совершенствуя человеческий потенциал за счет роботов. Над прототипом трудится компания SOCOM, а вместе с ней пол сотни корпораций, 16 госагенств, 13 университетов и десяток лабораторий.
Экзоскелет изготовлен из жидкого керамического состава, который в момент выстрела по костюмы, регенерирует «рану» покрывая ее новой оболочкой. Профессор Гарет Мак Кинли заявил, что внешний каркас обеспечит сверхсилу (на данный момент вес амуниции американского солдата составляет 34 кг), повысить мобильность и скорость индивида. Уникальный встраиваемый модуль, получивший название Q-Warrioir поможет бойцам видеть картинку боя в любых боевых условиях, не снимая шлема.

Фотографии и видео костюма

Человек, от природы обделенный защитными приспособлениями, на протяжении многих веков старался восполнить этот пробел эволюции. Со времен самых первых военных конфликтов он защищал себя от вражеского оружия дублеными шкурами, бронзовыми панцирями, а затем – кольчугой и латами. Но реалии современной войны диктуют свои условия. Помимо легкости и прочности новые виды защиты должны обладать рядом свойств, которые до этого считались лишь плодом воображения писателей-фантастов.

Впервые идея экзоскелета, что в переводе с греческого означает «внешний скелет», возникла во второй половине XIX века. Эдвард Сильвестер Эллис в своем романе 1868 года «Паровой человек в прериях» описал изобретение, по форме напоминающее человеческое тело и работающее на паровой тяге. Гениальный создатель этой чудо-машины Джонни Брейнерд, разместившись внутри такого костюма, мог с легкостью разгоняться до скорости в 100 км/ч. Чем он, собственно, и пользовался, охотясь на буйволов и распугивая дикарей.

Благодаря комиксу «Железный человек» в 1961 году, когда персонаж Стэна Ли набирал популярность, Пентагон понял, чего им не хватает для успешного ведения боевых действий. Все просто. Им нужен костюм, превращающий человека в танк. Боец, облачившись в чудо-костюм, должен становиться быстрым, маневренным, выдерживать высокий уровень радиации, защищать от химического и биологического оружия. Но самое главное – позволять переносить сверхтяжелые грузы.

«Hardiman» – экзоскелет, созданный в 60-х, благодаря совместным усилиям инженеров из General Electric и United States military. Оператор такого костюма мог при усилии в 4,5 кг поднять вес в 110 кг. Однако сам «Hardiman» весил 680 кг, а при стыковке всех частей в полный экзоскелет костюм начинал производить интенсивные и абсолютно неконтролируемые движения, которые, испытывайся он на живом человеке, могли бы разорвать оператора на части.

В начале 2000-х годов, после того как Пентагон выделил 75 миллионов долларов на разработку чуда-костюма, экзоскелет перестал быть фантастикой. Американская компания Sarcos разработала костюм «XOS», который удовлетворяет большей части требований Пентагона. Он улавливает сокращения мускулов оператора и переводит их в электрические сигналы, которые, в свою очередь, осуществляют движение устройства. По приблизительным подсчетам экзокостюм увеличивает силу человека в 20 раз. Но у него нет аккумуляторов, поэтому работает он исключительно от сети. Дальнейшее развитие XOS (которых уже, кстати, существует два вида) проводит компания Raytheon, поглотившая Sarcos.

Японцы, чья поп-культура просто пронизана всевозможными гаджетами и робототехникой, в конце прошлого десятилетия активно приступили к разработкам своего экзоскелета. И первый костюм, представленный ими, получил название «HAL». Он был разработан фирмой Cyberdyne и, в отличие от американского «XOS», считывает сигналы с кожи человека при помощи сенсоров, отправляет их в компьютер, который уже определяет, какие сервоприводы активировать. «HAL» легче американского аналога и питается от подвешенного на поясе аккумулятора на 100 вольт, но физическую силу он увеличивает всего в пять раз.

Основной проблемой солдата, за исключением, конечно, огня противника, является повышенная нагрузка на спину. Озаботившись этим, Lockheed Martin (основной подрядчик Пентагона) совместно с Parker Hannifin разрабатывают экзоскелет HULC (Human Universal Load Carrier), который призван увеличить мобильность солдата на поле боя. Отличительными особенностями этой разработки станет возможность носить ее под одеждой. Солдат, облаченный в «HULC», сможет переносить груз в 100 кг без особых трудностей на расстояние до 20 км. На данный момент разработка Human Universal Load Carrier находится на второй стадии развития.

Lockheed планирует выпускать экзоскелет Mantis (Богомол). Он будет предназначен для применения в отраслях, где работникам нужно держать тяжелое оборудование продолжительное время. Он будет иметь специальную механическую руку, поглощающую всю тяжесть инструментов. Испытания уже показали 30% увеличения производительности. Американский военпром уже заинтересовался данным изделием.

В феврале 2014 года президент США Барак Обама в одном из своих выступлений намекнул на то, что удалось создать настоящий костюм Железного человека (Iron man). Это заявление оказалось шуткой, однако лишь наполовину. Еще в мае прошлого года было заявлено о начале разработок сверхлегкого тактического атакующего экзокостюма TALOS (Tactical Assault Light Operator Suit). Он предназначен для повышения эффективности и защиты солдат, участвующих в спецоперациях. Облаченный в него солдат сможет видеть ночью и будет обладать большой физической силой. Также, благодаря ученым из Массачусетсткого технологического университета, новый экзокостюм будет оснащен «жидкой броней». Такая броня затвердевает за долю секунды из-за созданного вокруг нее силового поля. Теоретически это означает, что в TALOS можно передвигаться непосредственно под градом вражеских пуль.

Бортовые компьютеры будущих экзокостюмов будут не только оказывать помощь в принятии решений на поле боя, но и контролировать физическое состоянии оператора. Благодаря встроенным датчикам жизнеобеспечения командование всегда будет знать, кому из бойцов нужна срочная помощь.

Также, помимо шагающих экзоскелетов, разрабатываются и летающие версии. Компания Trek Aerospace разработала устройство Springtail. С помощью него солдат сможет подниматься в воздух и развивать скорость до 100 км/ч, а также зависать в воздухе на высоте нескольких тысяч метров.

Если вы считаете, что подобные разработки ведутся только за рубежом, то вы глубоко заблуждаетесь. 20 августа 2013 года на «Дне инноваций Министерства обороны РФ» был представлен первый действующий образец экзоскелета для штурмовых отрядов. Данная модификация получила название ExoAtlet P-1 и создана для снятия нагрузки при переносе штурмового щита. Экзоатлет оснащен устройствами для фиксации и быстрого снятия 35-килограммового щита. При использовании этого экзокостюма у бойца освобождаются руки для ведения боя.

На данный момент в России ведутся разработки экзоскелета для медицинских целей. В «ЭкзоАтлет Мед» сейчас открыт набор пилотов для ускорения реализации программы. Им может стать любой желающий с нарушениями опорно-двигательного аппарата и локомоторных функций. Просто нужно заполнить соответствующую анкету на официальном сайте.

По-настоящему боевой экзоскелет еще так и не создан, а ученые уже придумали, чем его можно дополнить. Geckskin – это особая ткань, которая разработана по принципу лапок геккона и позволяет осуществлять сверхпрочное сцепление с любой поверхностью. Кусочек такой ткани размером с тетрадный лист может удержать более 300 кг. Следовательно солдат, облаченный в экзокостюм, сможет не только быть сильным, высоко прыгать и быстро бегать, но еще и карабкаться по отвесным стенам.

Если вы, дочитав до этого момента, задались вопросом: «Почему до сих пор нет ни одного полностью рабочего и удовлетворяющего всем требований экзоскелета?» – то задумайтесь, сколько стоит собрать хотя бы один такой прототип? Такая же схема, как с сотовыми телефонами, эволюционировавшими за 20 лет до смартфонов, здесь не пройдет. Слишком много технологий, механизмов, а также особых физических материй, которые не упростить за пару десятилетий.

Самой главной проблемой всех экзоскелетов является аккумулятор. Сейчас не существует более надежного и экономного способа хранения энергии, чем литиево-ионные батареи. Но у них тоже есть свой максимальный рубеж емкости, после которого они превращаются в бомбу. Поэтому до тех пор, пока не будет найден альтернативный и безопасный источник хранения большого количества энергии, экзокостюмы будут сильно ограничены в возможностях.

По ходу своего развития человечество всегда воплощало в реальность то, что до этого считалось лишь плодом фантазии, особенно если это касается средств ведения войны. Поэтому нет никаких сомнений, что в обозримом будущем боевые действия будут вестись небольшими группами суперсолдат в экзокостюмах. Тем более что, с точки зрения многих фантастов, это безопаснее, чем создавать сверхумных роботов, которые в итоге могут стать причиной уничтожения всего живого на Земле.

Еще одна проблема, особенно у экзоскелетов для верхней части тела, заключается в их весе, поскольку их делают из прочных материалов, способных удерживать тяжелые веса и поддерживать тело. Современные костюмы также не очень хорошо справляются с изменениями температуры или дождем, что усложняет их использование в реальном мире. А с их внешним видом люди до сих пор не могут свыкнуться.

Чтобы сделать экзоскелеты более практичными и приятными на вид, нам понадобятся инновации: нам придется сделать их «второй кожей», а не гигантским роботизированным костюмом. Обычно экзоскелеты используют тяжелые электромоторы, но в качестве пневматических мускулов можно использовать и легковесные приводы. Они могут прикладывать подобные усилия, что и электромоторы, только весить будут в разы меньше. Такие мускулы состоят из резиновой камеры, окруженной тканым рукавом. Под давлением они увеличиваются в диаметре и сокращаются в длине, толкая сустав. И хоть сделаны они из легких материалов, они могут прикладывать силу, которой хватит для подъема многих сотен килограммов.

Мягкая робототехника

И все же даже эти легкие приводы должны крепиться к жесткой механической конструкции на теле пользователя. Ученые из Центра автономных систем и робототехники Университета Солфорда разрабатывают другую альтернативу: мягкую робототехнику. Эта технология использует физически мягкие продвинутые материалы для тех же задач, которые выполняют традиционные жесткие роботизированные устройства. Они особенно хорошо подходят для взаимодействия с людьми, поскольку мягкое зачастую означает легкое и при столкновении с человеком будет меньше шансов пораниться.

Недавно они разработали новый «мягкий континуумный привод», который изгибается подобно хоботу слона. В отличие от традиционного жесткого роботизированного сустава, встречая сопротивление в одной части тела, он будет изгибаться во всех направлениях по всей своей длине. Надев костюм из плотно прилегающего к телу материала с такими приводами, мы могли бы получить мягкий экзоскелет, который сгибается точно в местах нахождения суставов носителя. Следовательно, костюм вполне подойдет разным пользователям без необходимости механически подгонять или калибровать его. Плюс к этому система легкая, и ее можно носить как одежду вместо громоздкой механической рамы.

Экзоскелеты начинают продаваться на коммерческой основе, и мы, вероятно, увидим много новенького в грядущие годы. В 2012 году парализованная женщина Клэр Ломас даже завершила Лондонский марафон в экзоскелете. Но остается много инженерных проблем, которые придется решить, прежде чем мы увидим широкое применение таких систем. Как минимум нам нужен способ подпитывать эти костюмы без необходимости подключать к сети через каждые полчаса.