Уже через пять лет в Министерстве обороны России может появиться снаряжение «особого назначения». Речь идет об экзоскелете – устройстве специальной конструкции, предназначенном для увеличения силы человека за счет внешнего каркаса. Как сообщил в ходе конференции «Российская электроника: импортозамещение и перспективы развития» руководитель направления разработки и производства медицинского оборудования Объединенной приборостроительной корпорации, глава Ассоциации организаций ОПК – производителей медицинских изделий и оборудования Александр Кулиш, экзоскелеты для Вооруженных Сил смогут в разы увеличить физические возможности военнослужащих. В частности, для них будет возможным перенос груза весом до 300 килограммов!

Управление силой мысли

«Такие технологии, без сомнения, будут востребованы, – подчеркнул Александр Кулиш. – В боевых условиях солдат, облаченный в такой экзоскелет, сможет перемещать и бросать тяжелые предметы, совершать невероятные прыжки. За этим оборудованием – будущее».

При этом управление экзоскелетом предполагается осуществлять по новейшей технологии – за счет нейроинтерфейса, то есть фактически силой мысли. Так, повороты и сжатия рук станут возможными после того, как человек нарисует себе определенные зрительные образы. Например, достаточно будет представить квадрат красного цвета, чтобы рука сжалась, черного – разжалась. Импульсные сигналы будут передаваться на конструкцию экзоскелета.

По словам представителя Объединенной приборостроительной корпорации, в случае поступления заказа от Минобороны России создание и производство таких систем может быть налажено серийно. Сроки появления нейроинтерфейса для управления экзоскелетами и протезами посредством электрических потенциалов головного мозга эксперты оценивают в пять лет.

Фантастика стала реальностью

Первый в мире экзоскелет был разработан совместно компаниями General Electric и United States military в 1960-х годах. Человек, оснащенный таким устройством, мог поднимать 110 кг при усилии, применяемом для подъема всего лишь 4,5 кг. Правда, масса самого устройства составляла 680 кг. В итоге проект признали неудачным, но не только из-за громоздких размеров и веса, а главным образом, по причине недостаточно четкого управления.

Тем не менее, разработки экзоскелетов были продолжены. Пользу такого оборудования разработчики увидели и в помощи людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата. Еще одним направлением развития этой техники стало военное.

Разработка экзоскелетов изначально уперлась в одну большую проблему – отсутствие источников энергии, позволяющих устройству работать автономно в течение длительного времени. Так, экзоскелет XOS компании Raytheon, разработанный по заказу армии США, в ходе демонстрации был запитан на обычную электрическую сеть. Конечности этого костюма-робота приводились в действие при помощи гидравлики высокого давления, а оператор был привязан к стационарному оборудованию не только кабелями, но и гидравлическими шлангами.

Тем не менее, возможности экзоскелетов (по большей части потенциальные) дали пищу для авторов художественных произведений жанра фантастики. В популярных кинофильмах «Матрица», «Железный человек», «Чужие» герои активно используют подобные устройства. А в картине «Грань будущего» солдаты, противостоящие нашествию враждебных инопланетян, ведут боевые действия в экзоскелетах, позволяющих им десантироваться с большой высоты без парашютов. На военном предназначении экзоскелетов сделан акцент и в современных компьютерных играх.

Сверхспособности на гидроцилиндрах

По сообщениям из открытой печати, действующие образцы экзоскелетов созданы в настоящее время в США, Японии, России. Японский экзоскелет «HAL» конструктора Есиюки Санкаи стал первым в мире коммерческим устройством. С 2004 года его можно приобрести в открытой продаже. Вес экзоскелета составляет 23 кг (с верхними конечностями) или 15 кг с нижними. Устройство выполнено по бионической схеме: слабые биотоки мышц на коже рук и ног человека передаются на электроусилители, которые включают приводы и двигают экзоскелет. Правда, возможности устройства далеки от киношных образов. Так, человек, облаченный в такой костюм, может поднимать вес всего лишь в 40 килограммов.

Разработкой российских устройств под названием ЭкзоАтлет (ExoAtlet) занимается команда ученых, сформированная на базе Института механики при МГУ имени М.В.Ломоносова и работающая по заказу МЧС России. Спасательному ведомству был нужен отечественный агрегат для облегчения проведения аварийно-спасательных работ – устройство, увеличивающее мускульную силу человека.

ExoAtlet – это программно-аппаратный комплекс дублирования опорно-двигательного аппарата человека, основное предназначение которого – переноска больших тяжестей.

«Наш экзоскелет с некоторой степенью детализации повторяет человеческий скелет, – рассказал руководитель проекта профессор Александр Формальский. – Звенья механизма соединяются одно с другим шарнирами. В статическом положении человек полностью освобождается от нагрузки, не чувствуя удерживаемого им веса».

Есть два вида экзоскелета – активный и пассивный. Активное устройство управляется при помощи гидроцилиндра, сгибающего и разгибающего конечность в коленном суставе. В свою очередь алгоритм управления пассивным экзоскелетом состоит в «запирании» и «отпирании» коленных суставов левой и правой ноги поочередно. Устройство просто перераспределяет вес человека, давая дополнительные ресурсы ноге, на который делается упор. Главное здесь – научиться управлять силой инерции. Благодаря особой конструкции экзоскелета этой модели, у него отсутствуют какие-либо приводы и источники питания, поэтому время работы человека, облаченного в такой костюм, ограничивается только его личной выносливостью.

Экзоскелеты в стиле «милитари» и не только

Вес ExoAtlet составляет 12 кг, при этом человек может справляться с грузом массой 70–100 кг. Как заявляют разработчики, именно в возможностях принимать значительную нагрузку кроются перспективы использования устройства в интересах военных. Так, военнослужащий, экипированный в такой «костюм», может переносить больше вооружения или боеприпасов. Кстати, в одной из модификаций экзоскелет уже «привязан» к штурмовому щиту весом 35 кг, которым оснащены бойцы специальных подразделений правоохранительных органов. Вся масса щита ложится не на руки человека, а на элементы экзоскелета.

Возможности экзоскелета могут пригодиться и при переноске дополнительного боезапаса, снаряжения или тяжелого оружия (например, автоматического станкового гранатомета АГС-17 «Пламя», чей вес превышает 30 килограммов).

Модель экзоскелета, разработанная Институтом механики МГУ, была продемонстрирована на VI Международном салоне комплексной безопасности в 2013 году. За свою идею коллектив авторов был отмечен золотой медалью в номинации «Лучшие инновационные решения». В том же году на «Дне инноваций», проводимом Минобороны России, был представлен и первый действующий образец устройства, который может быть применен в армии. В 2014 проект «ЭкзоАтлет» успешно прошел экспертный совет и получил статус участника Фонда «Сколково». Сегодня под эгидой главного робототехника «Сколково» Альберта Ефимова разработан экзоскелет нового поколения – «ЭкзоАтлет Альберт».

Правда, он больше имеет медицинское назначение: устройство на аккумуляторах задает и поддерживает ритм движения инвалида. Происходит своего рода интеграция человека и робота, некий симбиоз на уровне механо-тактильного взаимодействия. Это помогает инвалидам двигаться, развивать утраченные или нарушенные функции опорно-двигательного аппарата. Польза экзоскелета для людей с ограниченными физическими возможностями неоценима, ведь многие из них только благодаря таким инновациям получают возможность впервые встать с инвалидного кресла.

Сейчас перспективным направлением развития экзоскелетов называют устройства с нейроинтерфейсом. Именно о них и говорит представитель Объединенной приборостроительной корпорации Александр Кулиш. Приводами экзоскелета можно будет управлять за счет сигналов нервных волокон, исходящих из соответствующих межпозвоночных отверстий. Их снимут бесконтактные датчики с усилителями. Кроме того, предусмотрена и обратная связь – сигналы от экзоскелета компьютер переведет в биоформат импульсов мозга.

Автор: Дмитрий Сергеев.

Фото с сайтов Института механики МГУ и exoatlet.ru