Иксперия х перфоманс. Обзор Sony Xperia X Performance: стоит ли потраченных средств? Производительность и время работы

Новые современные технологии наполняют нашу жизнь удивительными изобретениями и гаджетами. Ежедневно мы используем бытовые приборы, считавшиеся ранее не более чем фантастикой. Интернет, смартфоны, автомобили, начиненные датчиками и автопилотом, - это привычные для нас вещи и явления, скрашивающие нашу жизнь. Оказывается, двигает технический прогресс эволюции человечества военная промышленность. Например, микроволновая печь сначала была доступна военным, а затем о ней узнало и мирное население планеты. В нашу с вами жизнь вошли спутники, компьютеры и многое другое. Скоро нам станет доступным и военный экзоскелет.

О чем речь?

Прочитав последний абзац, многие удивились или даже испугались слова «экзоскелет». Не стоит паниковать, давайте разберемся и определимся, что же это за «зверь» такой и зачем он нужен.

Экзоскелет - это новейшая уникальная разработка ученых в такой области науки, как биомеханика. Технология изготовлена в виде внешней системы каркасов, которая предназначена для того, чтобы усилить мускульную силу человека или робота-андроида. Этот термин был взят из биологии. Он означает поверхностный скелет у беспозвоночных организмов. Такая технология в будущем позволит устранить физические ограничения в жизни человека, а также в использовании механизмов. Военные технологии и их потребности вновь превзошли все ожидания. Говорят, что лет через 5-6 в Министерстве обороны РФ появятся снаряжения особого назначения.

Вы уже успели понять и догадаться, что разработка экзоскелетов - это сфера интересов Министерства обороны. Ведь такая разработка увеличит возможности и физические способности солдата. В будущем эти технологии хотят применять на космических аппаратах, а также в машинах для погружения на экстремальные глубины для исследований.

С чего все начиналось?

Военный экзоскелет стал обыденностью в фантастическом мире. Такие устройства мы видели в видеоиграх, кино и мультфильмах, но в разработке эти «костюмы» появились не так давно. Самый первый представили миру американские военные технологии в 60-х годах ХХ века. Но он был настолько тяжелым и маломобильным, что пришлось исключить возможность его использования на деле. Компании «Дженерал Электрик» и «Юнайтед Стэйдс Милитари» закрыли проект, не добивших положительных результатов. Образцы, которые успешно применяются, появились недавно. Положительно зарекомендовал себя экзоскелет российского производства. Костюмы разрабатывают и другие страны: США, Израиль, Япония. А как вы думаете, какие державы конкурируют между собой в этой разработке? Чести носить название «военный экзоскелет» удостоились пока разработки США и Российской Федерации!

«Экзокостюм» сегодня

В различных играх встречается экзоскелет: «Сталкер», «Варфэйс», «Старкрафт», «Крайсис» и другие. Но в реальности эти костюмы только разрабатываются. В нашей стране данную новинку разрабатывает НИИ механики МГУ под логотипом «ЭкзоАтлет». В Америке параллельно разрабатывают два аппарата: облегченный пехотный «Халк» от компании «Локед Мартин» и многоцелевой тяжелый «ИксОС-2» от производителя «Рэйтеон».

Большое количество информации о разработках закрыто. Но биомеханика человека в нашей стране хочет выпустить устройство для открытого рынка. Скоро появится скелет медицинского назначения.

Медицинский экзоскелет

Системы российского производства планируют использовать в медицине. Это расширит возможности людей, прикованных к инвалидному креслу. Биомеханика человека пытается внедрить такие устройства в процесс реабилитации. Они будут выполнять одновременно несколько функций:

• заменитель кресла-каталки;
• тренажер для людей, имеющих заболевания опорно-двигательного аппарата;
• средство социальной и эмоциональной реабилитации.

Обладатель такой техники сможет самостоятельно передвигаться и даже избавиться от проблемы взгляда «снизу вверх».

Аварийно-спасательный вариант костюма

Военный экзоскелет был спроектирован для решения нескольких задач:

• перенос очень тяжелых для человека грузов на большие расстояния;
• разминирование местности;
• участие в антитеррористических операциях;
• ликвидация последствий техногенных катастроф и стихийных бедствий;
• разбор обрушений и завалов;
• тушение пожаров, когда ограничен запас воздуха в дыхательном аппарате спасателя, и т.д.

Что представляет собой костюм современного супергероя?

Экзоскелет российского производства исполнен в виде рамы, располагающейся за спиной обладателя. Также имеется две опоры для руки и ноги с одной стороны туловища. Конечностей, выполняющих роль руки, у устройства нет. Отечественная разработка отличается от заморского аналога. Наш аппарат пассивный по своей природе. Он не оснащен сервоприводами, то есть движение осуществляется за счет силы мускул обладателя устройства.

Но мировое сообщество считает, что наша разработка куда перспективней американской с точки зрения массового применения. «ЭкзоАтлет» позволяет бойцу переносить на себе груз весом около ста килограмм. Все дело в том, что вес на раме правильно распределен. Подобное решение удешевляет производство экзоскелетов в десятки раз, что дает возможность оснастить большее количество бойцов.

Заморский аналог

В американскую разработку встроили большое количество электроники и элементов питания. Помимо дороговизны, в западной конструкции есть еще одна проблема - автономность. Инженеры добились того, что система работает 72 часа. Но вскоре возникает вопрос зарядки или замены питающего блока (аккумулятора), ведь в полевых условиях это очень проблематично, а порой невозможно!

Критики увидели еще одну проблему американского «ХАЛКа». Что делать бойцу, если конструкция разрядилась, а восстановить энергоресурс нет возможности? Конструкторы утверждают, что данная ситуация вовсе не является проблемой. Эти военные роботы с легкостью можно сложить, превратив их в своеобразный рюкзачок. Но такой робот имеет вес около 25 кг. И что же делать защитнику: бросить дорогостоящую разработку или нести еще 25 кг лишнего веса, не считая тех 100 кг багажа?

Ремонтопригодность HULC

В полевых условиях надежность и возможность ремонта данной техники тоже вызывает большое количество вопросов. Для военной аппаратуры эти параметры очень важны. Например, эффективным будет стрелковое оружие, если оно противостоит неблагоприятным факторам, а солдат может починить его подручными средствами в процессе эксплуатации. Неизвестно, как поведет себя незащищенная электроника американского аналога в условиях мороза или пыли. Для того чтобы вывести из строя бойца с такой «штуковиной», достаточно выстрелить огнестрельным орудием в элемент конструкции, питания или гидравлики. В результате суперкостюм превратится в тяжелый балласт. Ремонтировать такую вещь в полевых условиях нет возможности ввиду повышенной технологической сложности.

Российский экзоскелет

В отечественном варианте нет проблем с источником питания. Наш «ЭкзоАтлет» ограничен лишь физическими возможностями бойца. Аппарат не снимает физическую нагрузку с воина, но позволяет нести до 100 кг снаряжения и оружия. Наша разработка не несет груз, она помогает человеку выполнять эту функцию. Военные разработки уникальны. Инженеры добились того, что «ЭкзоАтлет» имеет массу всего 12 кг. Это одно из его преимуществ. Ведь в условиях боя каждый грамм на счету. Мы должны понимать, что лишний вес замедляет деятельность бойца. Это негативно сказывается на эффективности воина. А легкость такой конструкции - очевидный плюс.

Военное применение «ЭкзоАтлета» обусловлено и тем, что гидравлика и электроника отсутствуют. Аппарат - это простая и легкая металлическая конструкция. Ведь чем проще оборудование, тем меньше негативных факторов на него влияет, будь то поломка или суровые климатические условия. Ремонт также провести будет гораздо легче. Наши разработчики создали такой скелет, в котором практически нечему повреждаться. А механику в бою восстановить гораздо проще, чем электронику. В связи с этими факторами отечественная разработка гораздо надежнее западных аналогов.

Проще говоря, скоро в обороне нашей страны появятся простые и экономичные военные роботы. А в это время продолжают ломать головы западные инженеры-конструкторы. Им предстоит пройти долгий путь доработок и усовершенствования своего детища. Недавно HULC участвовал в армейских испытаниях, но, к сожалению, результаты оказались неутешительными. Поэтому военная молодежь Соединенных Штатов еще не скоро увидит экзокостюм на своих плечах.

История создания «ЭкзоАтлета»

• 2011 год - ученые МГУ выиграли тендер МЧС на разработку скелета. Последующие годы команда создает пассивный и активный аппараты. Пассивный не боялся огня, весил 12 кг и переносил тяжести до 100 кг. Активный позволял бойцу поднимать вес уже до 200 кг.
• 2013 год - команда ученых отделилась для разработки «ЭкзоАтлета» в медицинских целях. Их девиз гласил, что в экзоскелетах будут ходить реальные люди.

• 2014 год - НИИ МГУ получает главный приз от Startup Village. Команда стала резидентом «Сколково», а также вошла в пятерку финалистов соревнования Generation S и выступила на Олимпиаде в Сочи по робототехнике. Далее было представление разработки в Сингапуре и проведение переговоров с главным реабилитологом страны.
• 2015 год - первые продажи. Архангельская область закупила 6 костюмов для проведения исследований и испытаний. В этом же году состоялась первая поездка на Ближний Восток. На Х Венчурной ярмарке в Казани команда заняла первое место в номинации высоких технологий.
• 2016 год - «ЭкзоАтлет» пересекает Атлантику и покоряет американский, а также азиатский рынки. Этот год ассоциируется у разработчиков скелета с выстрелом из сигнального пистолета. Стартуют продажи устройств по России, а также начинаются серьезные клинические исследования.

«ЭкзоАтлет» дома

Наш «Атлет» устроен так, что полностью воспроизводит походку обладателя. Но это не говорит о том, что процесс будет осуществляться без участия хозяина. Такое передвижение можно сравнить с катанием на велосипеде. Человеку придется привыкнуть к управлению. С такой аппаратурой нужно заново учиться держать равновесие и делать первые шаги один за другим. Этот процесс занимает от нескольких часов до нескольких дней. Процедура обучения управлением экзоскелета проходит в клинике, где устройство регулируют под личные параметры обладателя:

• ширина таза;
• высота спинки;
• длина и пропорция ног.

Естественно, все проходит под контролем врача, который перед каждой тренировкой проводит полную проверку организма. Далее пациент вправе проводить тренировку и реабилитацию на дому, но опять же под присмотром. Робот фиксирует телеметрические данные и передает в центр наблюдения.

Если спинной мозг получил травму относительно недавно, то есть шанс избежать инвалидности. Но этот «золотой час» длится недолго. Чем скорее пациент встанет на ноги и сделает первый шаг с помощью «ЭкзоАтлета», тем больше у него шансов восстановить двигательные функции и возвратиться к обычной жизни. Но важно помнить, что процесс реабилитации у каждого свой и зависит от жизненных ресурсов пострадавшего человека.

В случае полной утраты двигательных функций «ЭкзоАтлет» станет частичной заменой инвалидному креслу. Следует понимать, что в костюме вы не сможете проводить дни напролет, так как это средство реабилитации. Ежедневные тренировки в костюме заменят сразу трех физиотерапевтов, а также принципиально изменят качество жизни парализованных пациентов. Экзоскелет поможет людям начать ходить. Прогулки приведут к тому, что вентиляция легких значительно улучшится, артериальное давление придет в норму, повысится подвижность суставов, уйдут инфекции мочевых путей, восстановится питание внутренних органов и мышц, а также наладится работа кишечника. Все это является физиологическим эффектом.

Эмоциональный и психологический аспекты в жизни инвалида не менее важны. Парализованные люди при использовании «ЭкзоАтлета» заметили, что у них улучшилось настроение и отношение к окружающему миру. Их жизнь стала наполняться красками, положительными впечатлениями и эмоциями. У них появляются новые силы. Теперь они способны общаться наравне с окружающими людьми. В глазах пилотов «ЭкзоАтлета» появляется огонь и интерес к жизни. Они говорят, что за их спиной не электроника и аккумулятор, а пара технологичных крыльев.

Японский HAL

В Стране восходящего солнца биомеханика человека не стоит на месте. Ученые японской экспериментальной лаборатории разработали гибридную вспомогательную конечность. Сегодня на острове ею пользуются люди с ограниченными возможностями. Разработка и совершенствование этого костюма проходила в Цукубинском университете в течение 20 лет! Сегодня японцы активно внедряют HAL-технологию в медицине. Компания Cyberdyne (владелец прав на экзоскелет) сдала в аренду более трехсот экземпляров. Еще в 2013 году изобретение получило сертификат по безопасности в использовании. Этот факт открыл дорогу устройству на мировой рынок, а также подтвердил его надежность.

Обладатель модификации HAL-5 может поднимать и передвигать вещи и предметы, превышающие в пять раз по массе максимальную нагрузку в естественных условиях. Такой поворот в мире техники и роботов значительно упрощает работу спасателям и ликвидаторам различных последствий. Но эту модификацию пока не внедрили.

Заключение

Ранее мы видели фантастические разработки в кино. В играх встречали экзоскелет («Сталкер»), но и подумать не могли, что скоро такие технологии станут доступны обычному человеку. В 2017 году проводятся активные испытания в области управления костюмом силой мысли. Наши ученые теперь обязаны научить операционную системы мгновенно считывать мыли оператора. Проблемы автономности батареи постепенно решаются, так как Министерство обороны РФ планирует начать закупать такие аппараты уже в начале 2020 года. Нам же остается лишь ждать и за наши светлые головы в НИИ механики МГУ.

Сегодня в России нет рынка аналогичной продукции. Нам еще предстоит его создавать. Остается открытым и вопрос о том, доведут ли свое детище инженеры и конструкторы до совершенства. Отечественной команде «ЭкзоАтлета» придется решить огромное количество сложных вопросов: синхронизация считывания импульса и реакции аппаратуры, увеличение объема аккумулятора, уменьшение его веса и многое другое. Это направление в мире набирает обороты и становится популярным все больше и больше. Растут и конкуренты, проводя огромное количество испытаний. Европейский рынок экзоскелетов специалисты оценили уже в полтора миллиарда евро. Давайте же пожелаем российским разработчикам удачи, творческих успехов и очередных прорывов и открытий на их нелегком творческом пути!

Со временем слова обретают новое основное значение, а то, которое появилось первым, постепенно отходит на второй план. Экзоскелет - это, прежде всего, внешний тип скелета у некоторых беспозвоночных животных. Однако сейчас в голове у людей это слово вызывает скорее образ не краба, а персонажа из какого-нибудь фантастического фильма.

Первый аналог экзоскелета как механизма был предложен русским изобретателем Николасом Ягиным (в документе он упоминается как «подданный Российской империи Николас Ягн») еще в 1890 году. По крайней мере, именно тогда он получил соответствующий патент на «аппарат для облегчения ходьбы». Устройство позволяло быстрее бегать, выше прыгать и меньше уставать. В «экзоскелете» Ягина не было активных усилителей, а для увеличения тяги применялся газ. Кстати, его современным аналогом можно назвать так называемые «джамперы».

Спустя примерно 70 лет появился первый экзоскелет в его нынешнем понимании. Конструкцию разработали совместными усилиями компания General Electric и американские военные. Модель Hardiman не отличалась изящным внешним видом: это был массивный и тяжелый механизм, способный поднимать огромный вес. Технические сложности не позволили развить проект, который был закрыт еще до испытаний с участием человека: отдельные компоненты работали, а вот в виде собранного экзоскелета он представлял угрозу для испытателя.

Идея создания подобных устройств продолжала будоражить умы ученых и инженеров, но долгое время ничего путного и практичного они выпустить не могли. Наиболее интересные экземпляры до последнего времени можно было наблюдать лишь в фантастических фильмах. В первую часть нашего топа экзоскелетов и экзокостюмов включены именно они.

Фантастика, да и только

1. Caterpillar P-5000 Power Loader из фильма «Чужие» 1986 года. Он задумывался как механизм с четырьмя конечностями, однако после выхода картины «Звездные войны: Эпизод 5 - Империя наносит ответный удар» Джеймс Кэмерон посчитал его слишком похожим на шагающих AT-AT. В итоге появился двуногий экзоскелет, ставший прообразом для AMP (Mitsubishi MK-6 Amplified Mobility Platform) из «Аватара» 2009 года.

Mitsubishi MK-6 Amplified Mobility Platform

P-5000 - эдакий работяга, способный увеличивать силу человека в тысячи раз и поднимать груз до четырех тонн. В качестве источника питания применялась водородная батарея, имелось три двигателя для приведения в действие подъемника и нижних конечностей. Даже сегодня такой механизм, придуманный десятилетия назад, в случае его появления стал бы отличным помощником человеку на предприятиях. Да и конструкция его, как и возможности, не выглядит столь уж фантастической.

Кстати, помимо P-5000, в «Чужих» (во всей франшизе) есть еще один пример экзоскелета - это, собственно, сами ксеноморфы на некоторых стадиях своей жизни.

2. Armored Personnel Unit (APU) из культовой трилогии «Матрица». Устройства впервые встречаются в фильме «Матрица: Перезагрузка», в действии же их можно наблюдать в «Революции»: обе картины вышли в 2003 году весной и осенью соответственно. Согласно истории вымышленного мира, всего было выпущено 120 тыс. таких монстров, из которых в активном состоянии осталось чуть более трех сотен.

В отличие от P-5000, APU являлись боевыми единицами с двумя 30-мм скорострельными пулеметами - по одному на каждой верхней конечности. К слабым сторонам механизмов можно отнести отсутствие защищенного кокпита и необходимость перезаряжать орудия вручную с участием людей. В первом случае решение продиктовано желанием дизайнеров показать персонажей фильма, а не скрывать их за стеклом и металлом. Хотя и сами механизмы не отличались крепостью, так как должны были обладать высокой маневренностью. В нашем топе они оказались благодаря зрелищным кадрам с их участием во время битвы за Сион (Зион).

3. Серия костюмов Mark , разработку которых ведет компания Тони Старка Stark Industries, занимающая 16-е место среди 25 крупнейших вымышленных корпораций мира. Кстати, первое место в этом рейтинге принадлежит CHOAM из вселенной Dune, 20-е - Cyberdyne Systems Corp., печально известной созданием терминаторов.

Выбирать отдельную модель Железного Человека среди десятков видится делом неблагодарным, поэтому за общую плодовитость Stark Industries и разнообразие отдадим это место именно Mark’ам. Особенной популярностью, правда, пользуются те, которые фигурировали в кинофраншизе: красный с золотом костюм примелькался и знаком почти каждому. Многофункциональное устройство не только значительно усиливает возможности человека, но и позволяет ему летать.

В качестве источника питания в нем применяются ядерный реактор и репульсоры, которые также встречаются в «Звездных войнах». Это наиболее фантастический экзоскелет из представленных в нашем рейтинге. Применяемые в нем технологии далеки от воплощения в реальности, и ожидать появления аналогов в обозримом будущем не приходится.

4. В отличие от костюмов Mark от Stark Industries, экзоскелет персонажа Мэтта Дэймона по имени Макс из фантастического фильма «Элизиум: Рай не на Земле» является, вероятно, претендентом на создание «всамделишной» модели. Правда, имеются некоторые нюансы: он подключается непосредственно к организму носителя (в том числе к мозгу), превращая человека в подобие киборга. В остальном это отличный образчик того, как с помощью технологий можно избавить людей от недугов и сделать их сильнее и быстрее.

По словам экспертов, костюм Макса работает по примерно тем же принципам, что и существующие уже сегодня модели и прототипы. Конечно, он легче, имеет больше степеней свободы, в его случае не стоит проблема с источником питания. Основная преграда - создание эффективного и безопасного интерфейса «человек - компьютер», когда они оба становятся единым целым. Когда-нибудь это станет реальностью.

5. Combat Jacket из фантастического боевика «Грань будущего» с Томом Крузом в главной роли. Экзоскелет не имеет какого-либо «торгового» названия и представляет собой одну из модификаций стандартной амуниции для солдат будущего. В качестве боевого снаряжения используются как вполне реальные «стволы» - FN SCAR-H (Mk 17) с гранатометом FN EGLM (Mk 13), так и несуществующие (плечевая автопушка и 16-зарядная ракетница).

Если придираться, то в настоящем бою костюм майора Уильяма Кейджа окажется не столь эффективным, как хотелось бы. Он может применяться разве что в схватке с легковооруженным противником: броня отсутствует и первая шальная пуля станет последней. Впрочем, далеко не все участвующие сегодня в боевых операциях армии используют бронежилеты или иные средства индивидуальной защиты для своих солдат.

Экзоскелет Combat Jacket является примером того, что может появиться у некоторых армий в самом ближайшем будущем. Кстати, модели, которые носят Том Круз и Эмили Блант, собраны из множества элементов и не являются полной бутафорией. По словам модельера, который собирал экзокостюмы для съемок, каждый из них состоит из 350-400 деталей.

Не заглядывая в будущее

Далее следуют пять образцов уже существующих экзоскелетов, которые проходят испытания или используются военными, гражданскими организациями либо медицинскими учреждениями. Некоторые конструктивные особенности этих устройств позаимствованы из научно-фантастической литературы и кино: не секрет, что многие из существующих ныне гаджетов в прошлом были не более чем образами в головах изобретателей, писателей и мечтателей.

1. Первое место мы отдаем тому экзоскелету, необходимость в котором действительно очевидна. Система ReWalk имеет уже шестую версию и является коммерческим продуктом. Цена на него может показаться недостижимой для многих: один экземпляр обойдется примерно в $85 тыс. Первоначально было выпущено две модели устройства: одна применялась медицинскими учреждениями для исследований и терапии под присмотром врачей, вторая предназначалась для персонального применения.

Экзоскелет ReWalk помогает пациентам, которые по тем или иным причинам не способны передвигаться самостоятельно. Система состоит из «рюкзака» весом в 2,3 кг, в котором размещаются батарея и Windows-компьютер, и «ног» общим весом в 21 кг. Емкости батареи достаточно для трех часов беспрерывной ходьбы, заряжается она около восьми часов.

Устройство, которое изготавливается по индивидуальному заказу, работает в трех режимах: оно поддерживает человека при ходьбе, сидении и стоянии. Некоторые пользователи жалуются на чрезмерный вес системы и ее высокую стоимость (в США страховка не покрывает затраты на покупку экзоскелета).

Аналогом ReWalk является проект Indego , который пока не доступен для покупателей и используется в исследовательских целях и медицинскими учреждениями. Его продажи могут начаться в 2015 году. Имеются и другие проекты, ориентированные на реабилитацию людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата.

2. Экзоскелет Rex можно отнести к категории «Очевидное - невероятное». Он не только дает силу не способным сокращаться мышцам, но и управляется с помощью мыслей. Первым полностью парализованным человеком, подключенным к системе искусственной вентиляции легких, стал 21-летний Роб Кэмм, попавший в 2013 году в автомобильную аварию. Бывший спортсмен не сдался и продолжил вести активную жизнь (в соответствии со своими возможностями). В итоге ему удалось сделать несколько почти самостоятельных шагов.

Для приведения экзоскелета в движение используется специальный шлем с 79 электродами, которые снимают показания мозговой активности и трансформируют их в команды для машины. Очевидно, что первые шаги даются Робу с огромным трудом, однако предоставленная молодому человеку возможность приводит его в восторг.

Всего выпущено 17 таких механизмов. Они доступны только в медицинских учреждениях.

3. Human Universal Load Carrier (HULC) разрабатывается компанией Ekso Bionics (которая также занимается выпуском систем для применения в медицинских целях). Устройство ориентировано на военных и в перспективе позволит человеку переносить груз весом около 90 кг на скорости до 16 км/ч (это чуть ниже средних показателей бега) на расстояние примерно 20 км. При подъеме и переноске тяжестей всю нагрузку на себя берет экзоскелет, в противном случае появилась бы опасность травмирования оператора.

Разорвать воздух на скорости звука и устремиться к горизонту, вытянув руки по швам в своём железном костюме. В мгновение ока оказаться в любой точке земного шара без необходимости стоять в пробке. Летать без крыльев, не будучи на борту самолёта или чего покрепче. Пусть бросит в меня камень тот, кто не хотел оказаться на месте Тони Старка в его звёздные моменты (конечно, в костюме Железного человека). Частично эти мечты сумеет реализовать экзоскелет - устройство, который может увеличить способности человека (по большей части физические, мускульную силу) за счет внешнего каркаса. О том, что собой представляет это устройство, какие наработки уже имеются и как технологии будут развиваться в будущем, мы расскажем в этом материале.

От эластипеда до «железного человека»

Наука и технологии - это без преувеличений самая лютая гонка изобретательности человека и природы. Всю свою историю человек пытается переделать мир вокруг себя под свои нужды. Где-то это ему удаётся, часто не без вреда для природы. Где-то приходится подглядывать у неё. И если у большинства беспозвоночных в том или ином виде есть внешний скелет, у человека его нет. Но ведь и крыльев не было?

В наше время под экзоскелетом подразумевается механический костюм или его часть до 2–2,5 метра высотой. Дальше идут «мобильные костюмы», меха и другие гигантские человекоподобные роботы.

Как и многое другое в нашей жизни, экзоскелеты постепенно перешагивают границу, разделяющую смелые мечты и повседневную жизнь. Будучи изначально просто идеями, концептами, мифами и легендами научной фантастики, сегодня чуть ли не каждую неделю появляются новые варианты экзоскелетов.

Первым изобретателем экзоскелета считается русский «инженеръ-механикъ» Николай Фердинандович Ягн, который ещё в 1890-х годах зарегистрировал ряд патентов на эту тему. Он жил в Америке, где, собственно, и патентовал свои чудеса, показывал их на выставках, а по возвращении на родную землю снова изобретал. Его экзоскелет должен был облегчить ходьбу, бег и прыжки в первую очередь, солдат. Уже тогда русский гений предвидел потенциальную военную мощь подобных устройств.

НИКОЛАЙ
Фердинандович ЯГН

Кроме экзоскелета Ягн разработал охлаждающие занавески, гидромотор, качающийся винт, самовар-стерилизатор и другие устройства

Hardiman

Не будем отрицать, гигантский и необъятный вклад в развитие экзоскелетов внесли фантасты. В 1959 году после нашумевшего романа Роберта Хайнлайна «Звёздный десант» всем стало понятно, что за внешними каркасными костюмами - будущее военных действий и не только. И понеслось.

Первый экзоскелет был создан компанией General Electric при поддержке Министерства обороны США в 1960-х годах. Hardiman весил 680 килограммов и мог поднимать грузы весом до 110 килограммов. При всех гигантских амбициях - а его хотели использовать и под водой, и в космосе, и боеголовки таскать, и ядерные стержни - показал он себя не лучшим образом. О нём благополучно забыли.

отдалённо напоминающее экзоскелеты устройство «педомотор» изобретателя Лесли С. Келли, разработанное в 1917 году

Девять лет спустя Миомир Вукобратович из югославского Белграда показал первый силовой шагающий экзоскелет, задача которого была давать людям с параличом нижних конечностей возможность шагать. В основе устройства лежал пневмопривод. Советские учёные из Центрального института травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова проявили первые инициативы по разработке экзоскелетов совместно с югославскими коллегами на основе работ именно Вукобратовича. Но с началом перестройки проекты были закрыты, а о секретных подпольных разработках экзоскелетов данных нет. Зато с освоением космоса всё было хорошо.

В разное время в разных странах умельцы пытались сделать экзоскелеты самого разного назначения, но в силу самых разных препятствий (о которых мы ещё поговорим) удавалось это в край плохо. Нехватка энергоносителей, медленный рост научно-технического прогресса, развития материаловедения и прочих смежных наук, а также развитие компьютерных вычислений и кибернетики, волна которых поднялась только лет 30 назад, - всё это тормозило развитие экзоскелетов. Без всяких сомнений, это сложнейшие технологии, которые людям ещё предстоит освоить.

Проблемы экзоскелетов

На этой планете не так много материалов, из которых можно сделать жёсткий каркас и которые не усугубят дело своим весом. Во всяком случае, их было не много, но с учётом космических полётов, военных наработок, развития материаловедения, нанотехнологий и ещё десятка-другого интересных сфер человечество постепенно берёт один барьер за другим. В начале XXI века интерес к экзоскелетам разгорелся с недюжинной силой и продолжает гореть до сих пор. Но сначала поговорим об основных проблемах, с которыми сталкиваются создатели экзоскелетов.

Если разложить гипотетический экзоскелет на составляющие, у нас будут: источник питания, механический скелет и программное обеспечение. И если с двумя последними пунктами вроде бы всё ясно и проблем почти не осталось, то источник питания - это серьёзная проблема. Имея нормальный источник питания, инженеры могли бы не просто создать экзоскелет, а ещё и объединить его со скафандром и реактивным ранцем. Получился бы костюм Железного человека, наверное, но новый Тони Старк пока не явился.

Любой из компактных источников питания на сегодняшний день может обеспечить экзоскелету лишь несколько часов автономной работы. Дальше - зависимость от провода. У неперезаряжаемых и аккумуляторных батарей есть свои ограничения вроде необходимости замены или медленной зарядки, соответственно. Двигатели внутреннего сгорания должен быть слишком надёжным, но не особо компактным. К тому же, в последнем случае понадобится дополнительная система охлаждения, а сам двигатель внутреннего сгорания сложно настроить на моментальный выброс большого количества энергии. Электрохимические топливные элементы могут быстро заправляться жидким топливом (например, метанолом) и давать нужный и моментальный выброс энергии, но работают при крайне высоких температурах. 600 градусов по Цельсию - относительно низкая температура для такого источника питания. С ним «железный человек» превратится в хот-дог.

Как ни странно, наиболее возможным вариантом решения топливного вопроса для экзоскелетов будущего может стать самый невозможный: беспроводная передача энергии. Она могла бы решить массу вопросов, ведь её можно передавать из сколь угодно большого реактора (и ядерного в том числе). Но как? Вопрос открыт.

Первые экзоскелеты делались из алюминия и стали, недорогих и простых в использовании. Но сталь слишком тяжёлая, а экзоскелет обязательно должен работать и над тем, чтобы поднять свой собственный вес. Соответственно, при большом весе костюма его эффективность упадёт. Алюминиевые сплавы достаточно лёгкие, но накапливают усталость, а значит, не особо подходят для высоких нагрузок. Инженеры находятся в поисках лёгких и прочных материалов вроде титана или углеродного волокна. Они неизбежно будут дорогими, но обеспечат эффективность экзоскелета.

Особую проблему представляют приводы. Стандартные гидравлические цилиндры достаточно мощные и могут работать с высокой точностью, но тяжёлые и требуют наличия кучи шлангов и трубок. Пневматика, напротив, слишком непредсказуема в плане обработки движений, поскольку сжатый газ пружинит, а реактивные силы будут толкать приводы.

Впрочем, разрабатываются новые сервоприводы на электронной основе, которые будут использовать магниты и обеспечивать отзывчивые движения, потребляя минимум энергии и будучи небольшими. Можете сравнить это с переходом от паровозов к поездам. Отметим ещё гибкость, которая должна быть у суставов, но здесь проблемы экзоскелетов могут решить разработчики скафандров. Они же помогут разобраться с адаптацией костюма к размерам носителя.

Управление

Особую проблему при создании экзоскелета представляет управление и регулировка чрезмерных и нежелательных движений. Нельзя просто так взять и сделать экзоскелет с одной скоростью реакции каждого из членов. Такой механизм может быть слишком быстрым для пользователя, а слишком медленным его не сделаешь - неэффективно. С другой стороны, нельзя положиться на пользователя и доверить датчикам считывать намерения по движениям тела: рассинхронизация движений пользователя и костюма приведёт к увечьям. Нужно ограничивать обе действующих стороны. Над решением этого вопроса и ломают головы инженеры. Кроме того, нужно заранее обнаружить непреднамеренное или нежелательное движение, чтобы случайный чих или кашель не привёл к вызову скорой.

Экзоскелеты и будущее

В 2010 году компании Sarcos и Raytheon совместно с Министерством обороны США показала боевой экзоскелет XOS 2. Первый прототип вышел за два года до этого, но не вызвал переполоха. А вот XOS 2 оказался настолько крутым, что журнал Time включил экзоскелеты в список пяти лучших военных инноваций года. С тех пор ведущие инженеры мира ломают головы над созданием экзоскелетов, которые смогут обеспечить преимущество на поле боя. И за пределами него тоже.

Что мы имеем на сегодняшний день?

Этот экзоскелет был представлен в 2011 году и был предназначен для людей с ограниченными возможностями. В январе 2013 года вышла обновленная версия - ReWalk Rehabilitation, а уже в июне 2014 года FDA одобрило использование экзоскелета на публике и дома, тем самым открыв ему дорогу в коммерческом плане. Система весит около 23,3 килограмма, работает на базе Windows и в трёх режимах: идти, сидеть и стоять. Стоимость: от 70 до 85 тысяч долларов.

Серия этих военных экзоскелетов находится в активной разработке (на очереди XOS 3). Весит около 80 килограммов и позволяет владельцу с лёгкостью поднимать 90 лишних килограммов. Последние модели костюма настолько подвижны, что позволяют играть с мячом. Как отмечают производители, один XOS может заменить трёх солдат. Возможно, третье поколение экзоскелета будет уже ближе к тому, что мы видим на экранах фантастических фильмов последних лет. Увы, пока он привязан к внешнему источнику питания.

Human Universal Load Carrier - творение известной компании Lockheed Martin совместно с Berkeley Bionics. Этот экзоскелет также предназначен для военных. Основа - гидравлика и литий-полимерные батареи. Правильно загрузив внешний каркас, с его помощью пользователь может переносить до 140 килограммов лишнего груза. Предполагается, что солдаты смогут использовать HULC а-ля «я и друг мой грузовик» в течение 72 часов. Разработка идёт полным ходом, поэтому неудивительно, что именно HULC могут первыми поступить на вооружение США.

ExoHiker, ExoClimber и eLEGS (Ekso)

Прототипы опять же Berkeley Bionics, предназначенные для выполнения различных задач. Первый должен помочь путешественникам переносить груз до 50 килограммов, был представлен в феврале 2005 года и весит около 10 килограммов. Учитывая небольшую солнечную панель, может работать очень и очень долго. ExoClimber - это десятикилограммовое дополнение к ExoHiker, позволяющее носителю прыгать и взбираться по ступенькам. В 2010 году наработки Berkeley Bionics вылились в eLEGS. Эта система - полноценный гидравлический экзоскелет, который позволяет парализованным людям ходить и стоять. В 2011 году eLEGS был переименован в Ekso. Он весит 20 килограммов, передвигается с максимальной скоростью в 3,2 км/ч и работает в течение 6 часов.

Очередной нашумевший экзоскелет японского производителя роботов Cyberdyne. Его назначение - обеспечить возможность ходить людям с ограниченными возможностями. Есть два основных варианта: HAL-3 и HAL-5. С момента презентации в 2011 году меньше чем за год HAL приняли «на вооружение» более 130 медицинских институтов по всей стране. Однако испытания будут продолжаться весь 2014 и, возможно, 2015 год. В августе 2013 года HAL получил карт-бланш на использование в качестве медицинского робота в Европе. Новейшая модель костюма весит около 10 килограммов.

Cредняя стоимость медицинского экзоскелета -
90 тысяч долларов.

Помимо серьёзных экзоскелетов на всё тело, всё большей популярностью пользуются ограниченные экзоскелеты, предназначенные для выполнения специфических задач. Например, в августе этого года был показан экзостул Chairless Chair, позволяющий сидеть стоя. Компании Daewoo и Lockheed Martin независимо друг от друга показали экзоскелеты для работников судостроительных верфей. Эти устройства позволяют рабочим удерживать груз или инструмент весом до 30 килограммов, особо не напрягаясь.

В России разработкой экзоскелета под названием «ЭкзоАтлет» занимается команда учёных, собранная на базе НИИ Механики МГУ. Они продолжают начатые ещё в СССР разработки Вукобратовича, о которых мы упоминали выше. Первый рабочий пассивный экзоскелет этой команды был разработан для сотрудников МЧС, пожарных и спасателей. При весе в 12 килограммов конструкция позволяет без особых усилий переносить до 100 килограммов груза. В планах компании - разработка силовой модели ExoAtler-A, которая позволит переносить до 200 килограммов, а также медицинского экзоскелета для реабилитации людей с ограниченными возможностями.

Объединяет все эти костюмы то, что представлены они по большей части в качестве прототипов. Значит, будут совершенствоваться. Значит, их ждут полевые испытания. Значит, будут новые модели. Значит, за ними будущее. Пока говорить о том, что рабочий и полезный экзоскелет можно пойти и купить на чёрном рынке, рановато. Но начало положено, а развитие этого направления уверенно входит в широкое русло. До костюма Тони Старка нам ещё далековато, но что мешает радоваться зрелищным фильмам? Любителям зрелищных разборок с участием экзоскелетов всегда будет что посмотреть: «Чужие» (1986), «Железный человек» (2008), «Аватар» (2009), «Район № 9» (2009), «Мстители» (2012), «Элизиум» (2013), «Грань будущего» (2014).

Одно известно наверняка: экзоскелеты в будущем будут повсюду. Они помогут нашим космонавтам освоить Марс, построить первые колонии и с удобством управляться в космосе. Они станут на вооружение в военном сегменте, поскольку по умолчанию наделяют солдат сверхчеловеческой силой. Они дадут возможность полноценно передвигаться тем, кто её потерял. Костюм Железного человека однажды станет реальным, как и всё, что вы видите вокруг.

«ЭкзоАтлет»

Часто в фильмах и играх мы видим костюмы, в которых появляются популярные герои. Порою задумываешься о том, почему такого снаряжения нет в реальной жизни. На самом деле они есть, причем существуют уже несколько лет. Неужели? Это специальные устройства, которые называются экзоскелетами. Давайте более детально изучим их в данной статье. К сожалению, с каждым годом становится все больше людей, у которых ограничена подвижность. Причем такие проблемы не только у пожилых людей. С такими трудностям могут сталкиваться как взрослые люди, так и дети.
В связи с этим учеными были разработаны экзоскелеты. Они помогают передвигаться человеку, помогая увеличить мышечную силу человека, уменьшая при этом затраты энергии. По сути, такие каркасы помогают людям передвигаться по земле, причем не только в горизонтальном направлении, но и вертикальном. Но не стоит их сразу же относить к гражданским. На самом деле такие скелеты используются и в военном направлении, причем намного активнее. Довольно часто солдатам приходится сталкиваться с проблемами, когда приходится переносить очень тяжелые грузы, подниматься на высокие горы с полным снаряжением. Конечно, такое оборудование стоит дорого, но с каждым годом затраты уменьшаются, и вес каркаса тоже.
Как утверждают ученые, уже к 2015 году будут выпускаться универсальные экзоскелеты, которые будут оснащены системами защиты, мощными встроенными аккумуляторами, легкими каркасами, гибкими настройками системы. Ведь каждое устройство должно быть универсальным, чтобы можно было подстроить под любого человека. Конечно, на сегодняшний день имеется большое количество разработок, причем большая часть из них уже имеется в продаже. Но не каждый человек может позволить себе такое устройство, а большая часть населения и вовсе не знает об этом. С военной точки зрения же ситуация намного проще. Министерство в каждой стране финансирует подобные проекты, поэтому с каждым днем ученые все ближе к созданию универсальных экзоскелетов.
Может быть, в скором времени нам удастся поднять на ноги большую часть людей, у которых на сегодняшний день нет возможности передвигаться. Остается только надеяться. Экзоскелеты постоянно усовершенствуются, дорабатываются. Причем каждый год проводятся конференции, на которых из каждой страны предоставляются прототипы разработок. В последние годы самые активные и продуктивные аппараты принадлежат Японии. Эта страна стала одной из первых, где начали разработку роботов, искусственные интеллекты. Позже этот вид деятельности плавно перешел и в экзоскелеты.

Позволяет увеличить силы человека, который его использует, а также восстановить утраченные способности. На данный момент экзоскелеты производятся в России, США, Швейцарии, Израиле и Японии. Впервые экзоскелет был разработан в США в 1960 годы и назывался Hardmann, однако из-за внушительного веса в 680 килограмм, этот проект был признан неудачным.

TALOS

Цель проекта TALOS – создать броню для солдат, которая могла бы повысить их безопасность. Над этим экзоскелетом работает несколько десятков государственных и частных компаний США, а также крупнейшие научно-исследовательские институты. Основа TALOS – бронированный экзоскелет, защищающий бойца от осколков и пуль. Он позволяет солдату свободно передвигаться по полю боевых действий со снаряжением массой до 45 килограммов. Кроме того, TALOS заботится о здоровье бойца: экзоскелет умеет останавливать кровотечение при получении раны. Экзоскелет должен поступить на вооружение американской армии в 2018 году.

Hybrid Assistive Limb

В отличие от боевого TALOS, этот экзоскелет создан для того, чтобы облегчать жизнь людям, имеющим проблемы со здоровьем, а именно с опорно-двигательным аппаратом. Так, благодаря Hybrid Assistive Limb, человек, прикованный к инвалидному креслу, может научиться подниматься по лестнице. Hybrid Assistive Limb реагирует на биоэлектрические сигналы, которые исходят от человеческого тела.

XOS 2

XOS 2, созданный компанией Raytheon, может увеличить силу человека, а также защитить его от внешних опасностей. Основные пользователи XOS 2 – военные логисты, в обязанности которых входит перемещение тяжелых грузов. Также пользователь данного экзоскелета сможет разбивать кирпичные стены и перебивать деревянные брусья. Основной проблемой XOS 2 является то, что он может работать только при условии подключения к автономному источнику энергии.

HULC

Одна из самых серьёзных травм, которую может получить пехотинец, – это травма спины, так как пехотинцам приходиться переносить довольно большое количество снаряжения. Помочь пехотинцам переносить тяжелый груз должен экзоскелет HULC от компании Lockheed, который можно будет надевать под одежду. Кроме того, в планах компании Lockheed создание экзоскелета для солдат, уже получивших травмы. Менеджер программы по созданию экзоскелета HULC Ахиллес Дороти утверждает : “Parker Hannifin, работающая с Университетом Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннесси, ориентирует экзоскелет Indego на 700,000 американцев с повреждениями позвоночника. Другой круг потенциальных пользователей – приблизительно 600,000 человек, перенесших инсульт и потерявших способность к самостоятельному перемещению”.

ЭкзоАтлет

Наши соотечественники также создают экзоскелеты, целью которых является помощь людям с проблемами со здоровьем. В 2011 году Министерство чрезвычайных ситуаций и научная команда НИИ Механики Московского Государственного Университета начали работу над ЭкзоАтлетом. Команда смогла разработать несколько экзоскелетов под маркой «ЭкзоАтлет». Экзоскелеты пассивного действия повышают выносливость и активность человека. В свою очередь, экзоскелеты активного действия увеличивают силу человека и позволяют ему справляться с весом до 200 килограммов.

H-Lex

Свой экзоскелет представил известный автопроизводитель Hyundai. H-LEX покрывает основную часть тела пользователя. Цель экзоскелета – помочь людям переносить большие тяжести. Кроме того, H-LEX может помочь встать инвалидам на ноги. Главным минусом данного устройства является его громоздкость. Также определенные сложности для пользователей доставляет форма клешней экзоскелета. С другой стороны, HI-LEX способен помочь людям переносить тяжести до 50 килограмм на спине, а также поднимать руками вес в сотни килограммов.

Innophys

Японская компания Innophys представила одноименный экзоскелет, который может помочь людям поднимать тяжести. Грузоподъемность экзоскелета составляет 30 килограммов. Основными пользователи данного устройства – люди, задействованные в промышленности, а также лица, занятые уходом за пожилыми людьми. Отличительной чертой экзоскелета Innophys является то, что его систему составляют искусственные мышцы, которые располагаются в алюминиевом корпусе устройства.

NEUWalk

Необычный экзоскелет создан в Федеральной политехнической школе Лозанны. В отличие от большинства устройств подобного типа, NEUWalk, в первую очередь, стимулирует внутренние силы. В основе NEUWalk лежит подача электрического тока в спинной мозг. Изобретение было опробовано на крысах с поврежденным мозгом. Подавая электрические импульсы ниже поврежденных участков мозга, ученые заставили крысу встать на ноги и пойти.

Chairless Chair

Изобретение швейцарских ученых призвано помочь людям, которым по долгу службы приходится долгое время стоять на ногах. Экзоскелет не стесняет движений человека, находясь на его теле. Пользователь экзоскелета Chairless Chair может присесть в любом месте, установив необходимые параметры. Устройства сделано из углеводородного волокна и алюминия, время его работы составляет 24 часа.

Exosuit

Экзоскелет для водолазов Exosuit был создан американской компанией Nuytco Research Ltd. Он позволяет человеку погружаться на глубину 300 метров. Давление там в 30 раз выше, чем на поверхности. Погрузившись, водолаз может находиться часами на глубине. Exosuit защищает человека от перепадов давления и низких температур. Вес экзоскелета составляет 240 килограмм, размер – порядка двух метров. Движение водолаза обеспечивается за счет четырех двигателей малой тяги мощностью 1,6 лошадиных сил.