rumah » Dokumentasi » kerangka luar. Supersuit masa lalu, sekarang, dan masa depan

kerangka luar. Supersuit masa lalu, sekarang, dan masa depan

Sepanjang sejarah kita, manusia selalu kekurangan kekuatan untuk mengangkat benda berat, untuk memiliki kekuatan dan daya tahan yang lebih besar. Namun berkat ilmu pengetahuan dan teknologi, manusia masih mampu meningkatkan kemampuan tenaganya. Beginilah tampilan exoskeleton - pakaian khusus yang meningkatkan kekuatan manusia melalui bingkai eksternal.

Fitur perangkat ini adalah ringannya dan kemampuannya mengulangi semua gerakan manusia secara mekanis. Setuju, ini merupakan pencapaian yang luar biasa dan signifikan teknologi modern, yang dapat diterapkan dalam pengobatan, keperluan militer, di tempat-tempat yang berbahaya radiasi, konstruksi dan industri.

Dengan bantuan exoskeleton, seorang prajurit dapat membawa lebih banyak senjata, sebagian besar terlindungi dari peluru musuh, lebih cepat dan lebih aktif dalam gerakannya. Karena pakaian itu mengambil alih kekuatan utama, seseorang menghemat lebih banyak energi dan, tentu saja, kesehatannya.

Dan bayangkan betapa bermanfaatnya exoskeleton dalam pengobatan! Ini hanyalah anugerah bagi para penyandang disabilitas, yang sudah benar-benar kehilangan keyakinan bahwa mereka bisa berjalan kembali, dan para penyandang lumpuh akan bisa menggerakkan anggota tubuhnya dengan kekuatan pikiran, dengan mengenakan pakaian khusus.

Karena exoskeleton adalah perangkat universal, exoskeleton dapat digunakan di area mana pun dalam kehidupan manusia yang memerlukan kekuatan tambahan. Anda dapat menemukannya dalam literatur fiksi ilmiah, komik, video game dan film (Aliens, Iron Man, Avatar dan lain-lain).

Meskipun exoskeleton telah digunakan oleh manusia dalam berbagai situasi, exoskeleton masih terus berkembang, memerlukan perbaikan di laboratorium, dan harganya sangat mahal. Mari kita lihat jalur apa yang telah ditempuh exoskeleton sejak diciptakan hingga saat ini.

Sejarah perkembangan exoskeleton

Penemu exoskeleton pertama adalah insinyur Rusia Nikolai Yagn, yang tinggal dan bekerja di Amerika Serikat, dan pada tahun 1890-an mematenkan sejumlah teknologi yang membuat berjalan, berlari, dan melompat lebih mudah bagi seseorang. Yagn berencana mengirimkan perkembangannya untuk membantu militer.

Pada tahun 1960-an, General Electric memperkenalkan perkembangan setelan Hardiman kepada dunia. Alat ini merupakan model exoskeleton modern yang mampu mengangkat benda seberat 110 kg, bekerja di air, darat bahkan di luar angkasa. Namun dengan segala aspirasi yang tinggi tersebut, pembangunan tidak berhasil karena konstruksi yang terlalu berat dan pengerjaan yang lambat.

Pada tahun 1970-an, ilmuwan Yugoslavia Miomir Vukobratovic menciptakan kerangka luar bertenaga pneumatik untuk membantu orang lumpuh untuk bangkit kembali. Ilmuwan Rusia dan Eropa kemudian menggunakan proyek Vukobratovich sebagai dasar dalam menciptakan teknologi mereka. Jadi, pada awal 1980-an, sebuah kerangka luar untuk penyandang cacat muncul dari Institut Pusat Traumatologi dan Ortopedi N. N. Priorov.

Minimnya pembawa energi, lambatnya kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, perkembangan ilmu material dan ilmu-ilmu terkait lainnya secara signifikan menghambat perkembangan exoskeleton. Dan baru pada tahun 2000-an prestasi nyata muncul di bidang ini.

Para ilmuwan dari badan penelitian ilmiah dan militer Amerika DARPA pada tahun 2007 menciptakan proyek Lady Warrior. Perangkat ini adalah kerangka luar lengkap yang tidak bersenjata dan tidak bersenjata, yang seharusnya hanya memperkuat lengan dan kaki seseorang.

Kemudian pada tahun 2008, Cyberdyne memperkenalkan pakaian robot HAL kepada dunia, yang menampilkan peningkatan signifikan, seperti bodi yang ringan, komputer internal, dan pengoperasian dari baterai yang berdiri sendiri yang bertahan beberapa jam pengoperasian terus menerus. Tujuan utama dari exoskeleton adalah untuk membantu orang-orang cacat dan lumpuh.

Saat ini, pengembangan exoskeleton semakin mendapatkan momentum, dan perusahaan seperti Panasonic, Ekso Bionics, Lockheed Martin, DARPA, dan lainnya setiap tahun memamerkan perangkat mereka di pameran, terkesan dengan kinerja dan inovasi teknologi yang semakin hebat.

Bidang penerapan exoskeleton

Seperti yang telah Anda ketahui, bidang utama penerapan exoskeleton adalah militer dan medis. Namun perangkat ini juga sangat berguna di area seperti tempat dengan bahaya radiasi, atau saat menaklukkan kedalaman laut, di mana robosuit akan lebih ringan dan efisien dibandingkan pakaian konvensional, serta saat membersihkan puing-puing setelah gempa bumi dan dalam konstruksi. .

Eksoskeleton dalam pengobatan

Pakaian robotik adalah inovasi nyata dalam teknologi medis. Pasien yang mengalami cedera serius pada tulang belakang dan anggota badan, orang yang lumpuh akibat stroke, dapat menggunakan exoskeleton untuk meningkatkan kualitas hidup mereka. Namun, tentu saja, tidak semua orang mampu membeli alat terapi seperti itu, karena biaya rata-rata sebuah exoskeleton medis adalah 90 ribu dolar AS.

Kami telah menyebutkan kerangka luar HAL Cyberdyne. Tujuannya untuk memberikan kemampuan berjalan bagi penyandang disabilitas. Ada dua opsi perangkat utama: HAL-3 dan HAL-5. Sejak diperkenalkan pada tahun 2011, 130 institusi medis di Jepang telah mengadopsi HAL.

Setelan model terbaru memiliki berat sekitar 10 kg dan bekerja selama 3 jam jika tidak ada kelebihan beban. Sensor khusus mengambil pembacaan dari sinyal bioelektrik yang berasal dari otot, dan analisis dilakukan oleh komputer untuk menghitung gaya yang diterapkan oleh motor servo. Pada saat yang sama, biaya rata-rata perangkat ini tidak terlalu tinggi - 4.200 dolar AS.

ReWalk dari Argo Medical Technologies adalah kerangka luar lainnya untuk penyandang disabilitas. Pada bulan Juni 2014, Badan Pengawas Obat dan Makanan AS menyetujui kerangka luar ini, sehingga membuka jalan untuk penggunaan komersial. Sistem ini memiliki berat sekitar 23,3 kg, berjalan pada Windows dan menyediakan tiga mode pengoperasian kepada pengguna: berjalan, duduk, dan berdiri. Biaya: dari 70 hingga 85 ribu dolar AS. Perangkat dapat terus bekerja selama 8 jam.

Pada tahun 2015, perusahaan merilis versi baru ReWalk Personal 6.0, yang menerima beberapa peningkatan desain - penyangga kaki lebih tipis, tali penyangga mendistribusikan bobot lebih merata ke seluruh tubuh, dan tas ransel yang sebelumnya berisi prosesor telah diganti dengan casing yang lebih kecil. Pasien yang mengenakan ReWalk baru akan dapat berjalan sepenuhnya, jongkok, dan bahkan menaiki tangga.

Pencetakan 3D menjadi semakin populer di bidang kedokteran. Dengan menggunakan printer 3D, Anda dapat membuat kerangka luar di bawahnya karakteristik individu tubuh pasien. Jadi, spesialis Sistem 3D memindai tubuh salah satu pasien lumpuh dan, bersama dengan Ekso Bionics, mencetak kerangka luar yang dapat dengan aman disebut robot. Ini dirancang untuk orang-orang yang kehilangan kemampuan untuk bergerak secara mandiri. Mekanisme ini mengkompensasi atrofi atau kelumpuhan otot dengan menggerakkan anggota tubuh bagian bawah seseorang secara mandiri. Perangkat tersebut kini berhasil digunakan di rumah sakit dan pusat rehabilitasi di Amerika Serikat.

Di Rusia, pengembangan eksoskeleton medis dilakukan oleh tim ilmuwan di Institut Penelitian Mekanika Universitas Negeri Moskow. Proyek exoskeleton Rusia untuk meningkatkan kemampuan fisik seseorang, termasuk untuk rehabilitasi orang dengan gangguan fungsi lokomotor, disebut ExoAtlet. Sistem kontrolnya didasarkan pada sinyal otak, elektromiogram dan secara otomatis memastikan pergerakan pasien dengan pengulangan cara berjalan paling alami seseorang, yang secara signifikan dapat mempercepat proses pemulihan aktivitas motorik dan saraf.

Berkat desain khusus, perangkat ini memungkinkan Anda mendistribusikan ulang beban sedemikian rupa sehingga operator manusia dapat mengangkut kargo hingga 100 kg tanpa menggunakan mesin atau sumber tenaga tambahan. Berat perangkatnya sendiri adalah 12 kg. Harga exoskeletonnya berkisar 30 ribu dollar AS.

Salah satu pencapaian terbaru di bidang eksoskeleton medis adalah perangkat Phoenix dari perusahaan Amerika SuitX. Dengan harga 40 ribu dollar AS, pengembang memposisikannya sebagai bionic exoskeleton paling terjangkau. Alat tersebut terdiri dari satu modul sendi panggul, dua modul lutut, dan modul kaki yang disesuaikan dengan kebutuhan individu masing-masing pasien. Parameter berjalan dapat disesuaikan dengan bantuan fisioterapis via aplikasi seluler untuk Android. Perangkat ini sangat ringan, hanya 7 kg, mampu bekerja hingga 4 jam dalam mode berjalan terus menerus dengan kecepatan maksimal 3,2 km/jam. Patut dicatat bahwa para pengembang berusaha untuk mengurangi biaya perangkat mereka sebanyak mungkin, menggunakan servos dan sensor yang murah, dan berjanji bahwa pada tahun 2016 Phoenix akan tersedia dengan harga hingga 20 ribu dolar AS.

Aplikasi exoskeleton lainnya

Exoskeleton juga digunakan di bidang aktivitas manusia lainnya. Mereka dapat dikenakan oleh pembangun, pegawai Kementerian Situasi Darurat, petugas pemadam kebakaran dan penyelamat.

Misalnya, ActiveLink, sebuah divisi dari Panasonic, merilis serangkaian exoskeleton yang disebut Power Loader pada tahun 2015, yang dirancang untuk orang yang bekerja dengan beban berat di gudang dan manufaktur. Power Loader berbobot 40 kg, memungkinkan Anda mengangkat kargo hingga 30 kg dan bekerja secara mandiri selama 26 jam. Harga exoskeleton tersebut berkisar antara 5 hingga 7 ribu dollar AS.

Juga termasuk dalam seri ini adalah exoskeleton AWN-03 yang baru dirilis, dirancang khusus untuk penyangga pinggang. Secara otomatis mengenali pergerakan pengguna saat mengangkat dan memegang benda berat, dan mengirimkan sinyal ke motor untuk memutar gigi. Keistimewaan sistem ini adalah mengangkat tubuh bagian atas pengguna dan sebagai hasilnya mengurangi beban pada punggung bawah.

Setelan baru lainnya dari Panasonic disebut "Ninja" dan membantu pemakainya untuk berjalan dan berlari, seperti melewati jalur pegunungan yang curam dan hutan.

Selain eksoskeleton seluruh tubuh, perangkat terbatas yang dirancang untuk melakukan tugas tertentu menjadi semakin populer. Misalnya saja Exochair Chairless Chair dari Noonee yang memungkinkan Anda duduk sambil berdiri. Perangkat ini cocok untuk orang yang menghabiskan waktu lama dengan berdiri diam, seperti operator ban berjalan, kasir, administrator supermarket, penjaga keamanan. Ketika exoskeleton diaktifkan, peredam kejut terpicu, mengubahnya menjadi kursi nyaman yang meredakan ketegangan pada otot-otot kaki dan persendian. Rangka Chairless Chair terbuat dari bahan alumunium dan carbon fiber dengan berat hanya 2 kg. Baterai 6V memberi daya pada perangkat selama 24 jam.

Di antara perangkat lain, seseorang dapat memilih penemuan dari perusahaan Kanada Port Hope - ARAIG. Ini adalah setelan khusus untuk para gamer. Hal ini memungkinkan pemakainya merasakan dampak permainan secara fisik. ARAIG adalah jaket yang terdiri dari decoder, exoskeleton dan kulit buatan. Motor getaran dibangun ke dalam kerangka luar, berkat itu seseorang benar-benar merasakan berbagai efek permainan: hantaman peluru, gelombang kejut dari ledakan, hujan, getaran tanah di bawah jejak tangki, dll. Tersembunyi di kerah perangkat yang tidak biasa ini terdapat 6 speaker. Penting juga bahwa ARAIG kompatibel dengan platform game apa pun, dan biayanya tidak melebihi $300.

Exoskeleton juga berhasil digunakan dalam aktivitas luar angkasa. NASA memiliki exoskeleton X1, yang berbobot 25 kg dan dirancang untuk menjaga astronot dalam kondisi fisik yang baik tanpa adanya gravitasi, memberikan beban pada otot dan ligamen.

Eksoskeleton saat ini dan masa depan

Seperti semua perangkat robotik, kerangka luar menghadapi banyak masalah dalam perjalanan menuju kesempurnaannya. Jika Anda membongkar kerangka luar tradisional menjadi beberapa komponen, Anda mendapatkan sumber listrik, kerangka mekanis, dan perangkat lunak. Dan jika semuanya jelas dengan dua poin terakhir, maka poin pertama adalah masalah serius.

Sumber daya modern mana pun saat ini dapat memberikan daya tahan baterai hanya beberapa jam pada kerangka luar. Selanjutnya, perangkat ini berfungsi baik dari kabel atau dari baterai surya. Ada kerangka luar yang menggunakan baterai yang tidak dapat diisi ulang, yang sering kali harus diganti. Dalam hal ini, pengembang mencoba menemukan sumber daya yang cocok untuk kerangka luar dalam bentuk baterai yang kuat atau, anehnya, transmisi daya nirkabel. Kedepannya, proses ini bisa dilakukan dari reaktor besar, termasuk reaktor nuklir. Yang tersisa hanyalah menemukan metode penularan ini.

Untuk rangka, sebagian besar rangka luar terbuat dari aluminium dan baja. Tapi ini adalah bahan yang terlalu berat, yang secara signifikan mengurangi efektivitas pakaian tersebut. Bahan yang lebih ringan dan kuat, seperti titanium atau serat karbon, dapat memberikan exoskeleton yang ringan dan berkinerja tinggi. Saat ini bahan-bahan tersebut sangat mahal, namun kami berharap di masa depan bahan-bahan tersebut akan lebih mudah diakses.

Masalah berikutnya dengan exoskeletons adalah drive. Biasanya silinder hidrolik digunakan dalam desain pakaian robot. Mereka cukup kuat dan dapat bekerja dengan akurasi tinggi. Tapi silinder ini sangat berat dan membutuhkan selang dan tabung. Solusi untuk masalah ini dapat berupa penggerak pneumatik, serta penggerak servo berbasis elektronik. Mekanisme ini akan bekerja dari magnet, dengan mengkonsumsi energi minimum.

Kesulitan besar dalam membuat exoskeleton adalah kontrol dan penyesuaian gerakan pengguna. Biasanya, sensor membaca pergerakan tubuh manusia, dan mekanisme meresponsnya secara serempak. Tapi ini tidak cukup. Gerakan apa pun yang tidak disengaja dapat membuat kontrol menjadi tidak sinkron, dan pakaian tersebut dapat melumpuhkan pemakainya. Oleh karena itu, komponen kontrol harus mendeteksi terlebih dahulu pergerakan acak pengguna seperti bersin atau batuk agar tidak terjadi kegagalan pada sistem.

Semakin banyak ilmuwan yang mengerjakan antarmuka otak-mesin yang memungkinkan Anda mengontrol kerangka luar dengan kekuatan pikiran. Contoh mencolok dari hal ini adalah antarmuka otak-komputer yang baru-baru ini dikembangkan dari Universitas Korea dan Universitas Teknik Berlin.

Antarmuka berinteraksi dengan exoskeleton melalui topi khusus di kepala pengguna yang merekam EEG. Jadi, sinyal otak dibaca dan menentukan cara pergerakan yang diperlukan. Teknik ini memungkinkan untuk mengontrol exoskeleton bahkan bagi pasien yang kehilangan kendali sukarela atas tubuhnya. Ini pencapaian yang hebat, dan sekarang para ilmuwan hanya dapat menyempurnakan teknologi tersebut untuk mempraktikkannya.

Kesimpulan

Setelah mempertimbangkan fitur-fitur exoskeleton, kami mencatat bahwa ini adalah keajaiban teknologi yang nyata, mengubah hal-hal yang sebelumnya tidak mungkin menjadi kenyataan. Ini bukan hanya alat untuk mendapatkan kekuatan super, tapi juga harapan terakhir untuk berjalan mandiri bagi orang lumpuh. Selain itu, tugas apa pun di industri, konstruksi, dan bahkan luar angkasa juga dapat diselesaikan dengan menggunakan teknologi ini.

Namun dalam perjalanan menuju implementasi massal dalam kehidupan kita, exoskeleton harus mengatasi sejumlah masalah, termasuk biayanya yang tinggi. Kami yakin bahwa di masa depan perangkat ini akan lebih mudah diakses orang biasa dan menjadi hal biasa, seperti komputer dan Handphone memberi kita kehidupan pada tingkat teknologi baru.

Prajurit dari pasukan bersatu Bumi dari film aksi fantastis "Edge of Tomorrow", berpakaian menakutkan memerangi kerangka luar, mungkin akan segera meninggalkan layar film dalam kehidupan biasa. Lebih tepatnya, dalam perang nyata.

Pahlawan blockbuster ini, American Major Cage yang diperankan oleh Tom Cruise, bertarung melawan monster ras alien dalam bingkai robot yang spektakuler, seolah-olah disalin dari anime populer dan komik fiksi ilmiah. Namun, seperti yang dijanjikan oleh militer, selama lima hingga sepuluh tahun ke depan, seluruh rangkaian exoskeleton militer, perangkat futuristik yang akan membuat tentara tak kenal lelah dan kebal, mungkin akan tersedia bagi angkatan bersenjata Rusia, Amerika Serikat, dan Eropa. , Jepang dan Cina.

Kemungkinan pakaian robot, menurut pengembangnya, hampir tidak terbatas di masa depan. Pertama-tama, seperti yang diharapkan, tentara dalam waktu dekat yang menggunakan kerangka luar akan mampu mengangkat beban hingga 450 kg dan membawa beban (termasuk senjata berat) beratnya mencapai satu sen selama beberapa jam selama perjalanan dua puluh kilometer dengan kecepatan rata-rata lebih dari 7 km/jam dan dengan kemungkinan akselerasi jangka pendek sebanyak 4 kali lipat. Dan juga - melompati rintangan yang tinggi dan panjangnya beberapa meter, menahan serangan senjata kimia dan biologi, radiasi, dll. radiasi keras dan suhu tinggi.

Setiap bingkai keajaiban akan dilengkapi dengan komputer internal, layar, dan helm pelindung dengan tampilan 360 derajat, dan sistem pengikat khusus akan memungkinkan Anda memasang pelindung pada kerangka luar yang akan melindungi seseorang dari pecahan bom dan peluru, peluru dan serangan laser. Jika diinginkan, unit dan perangkat lain dapat digantung pada desain ini, termasuk roket dan senapan mesin berat.

Di masa depan, kerangka luar militer dirancang untuk menjadi simbiosis dari robot pelindung, pakaian antariksa astronot, dan persenjataan berjalan. Di antara misi tempur lainnya, "setelan" ini dapat digunakan untuk operasi tempur di kota; di mana diperlukan amunisi dalam jumlah besar, kekuatan penghancur yang kuat, dan perlindungan lapis baja yang "serius"; dalam operasi pengintaian dan sabotase di belakang garis musuh - dan secara umum di mana pun prajurit biasa tidak dapat bertahan hidup. Pada saat yang sama, sistem sensor akan memantau kondisi kesehatan pejuang, serta memberikan pertolongan pertama jika terjadi luka dan cedera.

Tetapi ini pun tidak cukup. Perancang militer telah menciptakan kerangka luar untuk operasi tempur tidak hanya di darat, tetapi juga di air. Dan para pengembang menaruh harapan khusus pada kerangka luar dengan dua mikroturbin jet dan satu set sayap, yang mengendalikan tentara yang akan mampu terbang dengan kecepatan lebih dari 100 km / jam, meluncur di udara dan melayang di ketinggian beberapa ribu meter. .

Bagaimana semua ini terlihat di alam dapat dilihat tidak hanya di Edge of Tomorrow, tetapi juga di banyak film aksi fantastis lainnya - Avatar, Starship Troopers, District N 9, dll. Meskipun Kolonel Quaritch dari Avatar, sebenarnya, mengendalikan bukan kerangka luar, tetapi "mech" - "tank berjalan", kendaraan tempur yang dikemudikan dari kokpit yang terletak di batang tubuh atau kepala mekanisme besar. Dan Ellen Ripley yang pemberani di akhir "Aliens" bertarung dengan ratu monster, berada di dalam pemuat berjalan (mengapa bukan pra-exoskeleton?)

Pada tahun 1959, penulis fiksi ilmiah Amerika Robert Heinlein menerbitkan novel Starship Troopers, yang kemudian difilmkan oleh Paul Verhoeven, yang pertama kali menggambarkan pakaian antariksa lapis baja, yang dengannya Star Rangers dapat berlari, melompat, dan terbang menggunakan mesin roket. Dan nenek moyang film paling terkenal dari prajurit di kerangka luar adalah Iron Man dan Hulk yang tak kenal lelah dari komik Marvel.

Dalam waktu dua tahun setelah komik Iron Man, pada tahun 1961, militer AS mulai mengembangkan seragam mekanik untuk "manusia tank". Prinsip klasik yang diadopsi oleh pengembang kemudian direproduksi hari ini: kerangka luar melacak gerakan pengguna dan, memperkuatnya berkali-kali, mengulanginya dengan bantuan servo bawaan. Sensor sensitif dari pakaian super mencatat kontraksi otot dan mengirimkan sinyal ke motor listrik, yang pada gilirannya meningkatkan kekuatan anggota tubuh manusia, sementara komputer dan sensor memberikan keseimbangan dan orientasi ke seluruh struktur. Pada saat yang sama, meskipun motor merespons sinyal yang masuk dengan cukup cepat, orang yang menggunakan kerangka luar masih merasakan penundaan gerakan yang nyata.

Pada akhir tahun 2000-an, Jepang menciptakan kerangka luar yang digerakkan oleh sinyal listrik melalui sensor yang dipasang pada kulit, dan bukan sebagai akibat dari kontraksi otot. Dan di masa depan, seperti janji Jepang yang sama, kerangka luar akan dikendalikan dengan bantuan pikiran.

Pada tahun 2013, sebagai bagian dari Hari Inovasi Kementerian Pertahanan Federasi Rusia di Moskow, salah satu departemen proyek ExoAtlet mempresentasikan model kerja supersuit pertama yang diadaptasi untuk regu penyerang dan dirancang untuk meringankan para pejuang saat membawa sebuah perisai serangan. Sebagian besar berat perisai - 35 kg - terletak pada struktur rangka luar, yang dilengkapi dengan perangkat untuk memasang dan melepas perisai dengan cepat, yang sangat penting selama operasi tempur. Pada saat yang sama, tangan komando dibebaskan untuk berperang atau, katakanlah, membersihkan wilayah.

Para prajurit kesatuan tentara Bumi dari film thriller fiksi ilmiah "Edge of Tomorrow", yang mengenakan kerangka luar tempur yang menakutkan, akan segera meninggalkan layar film menuju kehidupan biasa. Lebih tepatnya, dalam perang nyata.

Kemungkinan pakaian robot, menurut pengembangnya, hampir tidak terbatas di masa depan. Pertama-tama, diasumsikan bahwa tentara dalam waktu dekat yang menggunakan kerangka luar akan mampu mengangkat beban hingga 450 kg dan membawa beban (termasuk senjata berat) yang beratnya mencapai satu sen selama beberapa jam selama perjalanan rata-rata dua puluh kilometer. kecepatan lebih dari 7 km/jam dan dengan kemungkinan akselerasi jangka pendek sebanyak 4 kali. Dan juga - untuk melompati rintangan yang tinggi dan panjangnya beberapa meter, untuk menahan serangan senjata kimia dan biologi, radiasi, radiasi keras lainnya, dan suhu tinggi.

Hak cipta gambar stok pemikiran

Akankah orang lumpuh bisa berjalan lagi? Koresponden bercerita tentang temannya yang lumpuh menjadi penguji sepasang kaki mekanis dan sekarang bermain sepak bola

Daniel Fukuchi dan saya berjalan menyusuri koridor bawah tanah di sepanjang dinding beton yang diterangi oleh lampu neon yang terang. Dia sedikit tertinggal, tapi bisa dibilang dia lumpuh sebagian dari pinggang ke bawah.

Biasanya, dengan bersandar pada kruk, Daniel berjalan tertatih-tatih beberapa meter dan berhenti untuk beristirahat. Namun hari ini dia bergerak cukup lincah dan cepat mengatur ulang kakinya, mengatasi koridor yang panjang. Apa alasan terjadinya transformasi mendadak seperti itu? kerangka luar.

Sebuah alat aneh yang diikatkan di pinggang dan pinggulnya digerakkan oleh dua motor di sisi tubuhnya, mendorong kakinya ke depan secara bergantian. Pada setiap langkah, melakukan gerakan halus, mesin mengeluarkan suara khas: "Whack... Whack..."

Selama satu tahun ini, Daniel setiap minggu datang ke ruang bawah tanah Universitas California di Berkeley, tempat laboratorium berada, dan menguji kerangka luar untuk pasien lumpuh.

“Saya pikir ini mungkin bisa membantu saya,” katanya, “Lagi pula, bermain robot itu cukup menyenangkan.”

Hak cipta gambar SPL Keterangan gambar Awalnya, exoskeleton diciptakan untuk kebutuhan tentara.

Tentu saja ini bukan sekedar permainan, melainkan bagian eksperimental dari penelitian para ilmuwan dari Laboratorium Robotika dan Ergonomi yang bekerja di bawah bimbingan seorang ahli di bidang robotika Homayun Kazeruni.

Eksperimen pertamanya dalam pembuatan kerangka luar bertujuan untuk memastikan bahwa tentara di medan perang dapat mengangkat benda berat. Hasil dari pekerjaan ini adalah exoskeleton HULC, yang lisensinya diakuisisi oleh perusahaan teknologi pertahanan Lockheed Martin. Namun kemudian Kazeruni mengubah arah aktivitasnya dan selama beberapa tahun ia telah mengerjakan exoskeleton yang dirancang untuk membantu para penyandang cacat.

Pada tahun 2011, exoskeleton yang dikembangkan kelompoknya menjadi fokus perhatian publik. Dengan perkembangan ini, mahasiswa UCLA Austin Whitney, seorang mahasiswa lumpuh, mampu berjalan mandiri saat upacara wisuda.

“Tujuan kami adalah untuk meningkatkan kemandirian para penyandang disabilitas mobilitas dengan memberikan mereka kemampuan untuk berjalan,” jelas Kazeruni (siswa menyebutnya sebagai “Kaz”).

Exoskeleton baginya bukan sekadar alat untuk berjalan, melainkan kunci eksistensi mandiri.

“Untuk mencapai tujuan ini, saya bermaksud menggunakan semua pengetahuan dan sumber daya yang saya miliki,” katanya. “Saya tidak akan berhenti sampai saya melakukan segala yang mungkin untuk para penyandang disabilitas gerak. Saya berjuang setiap hari.”

pilot uji

Dalam tugas ini, Kazeruni dibantu oleh orang-orang seperti Daniel. Daniel dan aku sudah berteman sejak kelas satu. Sepanjang masa kecil kami, kami mengendarai sepeda di sekitar lingkungan pinggiran kota dan bermain bola basket di taman bermain sekolah. Kami berdua bertubuh sangat kecil, jadi ketika kami mulai bermain di kelas dua, kami mengandalkan teknik melempar yang tidak biasa. Saya mendorong bola dari sela-sela kaki saya dan dia melemparkannya seperti tombak.

Hak cipta gambar Robotika Berkeley Keterangan gambar Daniel Fukuchi (kanan) dan pilot penguji lainnya di laboratorium Berkeley

Bertahun-tahun kemudian, pada tahun 1999, beberapa minggu sebelum berangkat kuliah, saya mendengar bel pintu berbunyi. Daniel dan teman kami yang lain berada di ambang pintu, sedang bermain sepatu roda. Saya mengambil sepeda dan bergabung dengan mereka. Ternyata kemudian, ini adalah perjalanan terakhir saya dan Daniel.

Pada akhir Agustus, saya sudah mulai kuliah, dan Daniel sedang berlibur di Hawaii. Suatu pagi dia pergi ke Pantai Waikiki untuk mengarungi ombak, namun setelah tiga perempat jam dia merasakan sakit yang berdenyut-denyut di punggung bawahnya.

Berpikir bahwa dia tidak dalam kondisi prima, Daniel tidak menganggap penting hal ini. Dan ketika, setelah setengah jam, dia memutuskan untuk kembali ke pantai, dia melihat kelemahan yang semakin besar di kakinya. Dia mencoba berendam di pemandian air hangat hotel, tetapi itu tidak membantu, dan beberapa jam kemudian, yakin bahwa kondisinya semakin memburuk, Daniel, mengikuti bujukan ayahnya, yang berbicara dengannya melalui telepon, pergi ke rumah sakit. . “Pada saat itu,” kenangnya, “Saya lumpuh total dari pinggang ke bawah.”

Segera dia didiagnosis menderita mielitis transversa, penyakit saraf langka yang disebabkan oleh peradangan pada sumsum tulang belakang. Dokter berpendapat bahwa dalam kasus Daniel, miliknya sistem saraf diserang oleh kekebalannya sendiri.

Menurut Institut Nasional Gangguan Neurologis dan Stroke, 1.400 orang terkena penyakit ini setiap tahunnya, dan 33.000 orang Amerika menderita beberapa bentuk kecacatan terkait. Beberapa pasien dapat menerima rehabilitasi, sementara yang lain tetap cacat seumur hidup.

Sensitivitas dan mobilitas kaki Daniel berangsur pulih, namun setelah sekitar tujuh tahun, dinamika positif tersebut menghilang, dan saat ini ia masih bergerak hanya dengan kruk atau dengan tongkat. kursi roda. Namun sedikit lebih dari satu tahun Daniel mengetahui sebelumnya bahwa laboratorium Kazerooni sedang merekrut "pilot uji" untuk kerangka luar baru mereka dan segera memutuskan untuk memanfaatkan peluang tersebut. "Siapa yang akan menolak pekerjaan dan menyebutmu sebagai pilot penguji?" dia terkekeh.

Laboratorium bawah tanah tersembunyi di balik pintu berat di ujung terowongan. Potret kecil hitam-putih Kazeruni ditempel di pintu. Huruf besar ditulis oleh: KazLab. Judul di bagian bawah berbunyi: "Kami menggerakkan sains dengan kecepatan tinggi!"

Laboratorium sekilas terlihat seperti garasi bagi para penghobi membuat segala macam hal. Ada buku, koran, pita perekat, sekrup, baut, mur dan masih banyak lagi barang lainnya di meja kerja dan meja, di rak buku. Jauh di dinding Anda dapat melihat tanda: "KAZLAB. Pakaian kami dipakai di MASA DEPAN."

Salah satu setelan ini digantung di langit-langit - mirip dengan yang sedang diuji Daniel, tetapi dengan penyangga kaki penuh dan motor lutut. Ada ruangan lain di sudut tempat sekitar lima perangkat serupa digantung - ini adalah prototipe HULC dan bahkan model kerangka luar sebelumnya.

Hak cipta gambar getty Keterangan gambar Seorang pria lumpuh setelah kecelakaan konstruksi mengenakan kerangka luar Ekso Bionics

Eksoskeleton Kazeruni pertama adalah mesin besar dan berat yang sepenuhnya menopang punggung dan kaki orang yang memakainya. Setiap langkah, setiap gerakan dilakukan secara bermotor.

Sebagian besar exoskeleton yang ada di pasaran saat ini dibuat berdasarkan model ini: misalnya, exoskeleton dari Ekso Bionics (sebelumnya Berkeley Bionics) - perusahaan yang didirikan Kazeruni pada tahun 2005. Eksoskeleton Ekso Bionics dirancang untuk digunakan di bawah pengawasan dokter di rumah sakit dan fasilitas medis lainnya tempat mereka merehabilitasi pasien paraplegia dan stroke.

Setelah keluar dari perusahaan, Kazeruni mengubah strateginya: sekarang ia berupaya menciptakan perangkat sederhana yang dapat digunakan di rumah, tanpa bantuan dari luar. Kerangka luar biasa berharga ratusan ribu dolar, tetapi ia bermaksud menurunkan harganya menjadi sepuluh hingga dua puluh ribu: masih tidak murah, tetapi sekarang perangkat tersebut, setidaknya secara teori, dapat dibeli oleh seseorang.

Demi tujuan ini, sekelompok peneliti meninggalkan keinginan akan universalitas dan mengembangkan kerangka luar minimalis yang berfokus pada kebutuhan orang tertentu.

Tidak semua orang yang mengalami gangguan gerak mengalami kelumpuhan total, dan tidak semua orang mempunyai kondisi fisik yang sama. “Ternyata kita memiliki keseluruhan rangkaian dari Usain Bolt hingga Christopher Reeve, yang, seperti Anda ketahui, tidak dapat menggerakkan satu anggota tubuh pun di akhir hidupnya,” kata mahasiswa pascasarjana Michael McKinley, yang bekerja di laboratorium.

Lebih cepat lebih baik

Karena Daniel bisa menekuk lutut, dia tidak memerlukan pakaian penyangga kaki berukuran penuh. Berkat ini, desainnya menjadi lebih ringan 4,5 kg dan bahkan tidak terlihat seperti kerangka luar - melainkan hanya pinggul bermotor.

Komponen ditambahkan dan dihapus tergantung pada tingkat mobilitas pengguna. Pendekatan modular membuat produksi massal lebih mudah dan murah, jelas McKinley.

“Dengan menggabungkan berbagai komponen, Anda dapat merakit sebuah mesin yang sepenuhnya memenuhi kebutuhan manusia.” Pada akhirnya, ia berjanji, memesan exoskeleton khusus semudah mendapatkan resep kacamata.

Daniel terus berjalan menyusuri koridor di luar pintu laboratorium, dan sepertinya hari yang dibicarakan McKinley akan segera tiba. Untuk melangkah, Daniel menekan tombol di hand control.

Mahasiswa pascasarjana Brad Perry juga bersama kami: dia menjaga waktu berjalan dan memantau kesehatan mobil. Daniel memberitahunya tentang semua masalah. Saat ini, misalnya, tombol bekerja lebih lambat dari yang diperlukan, dan gaya berjalannya tidak merata. Kotak elektronik yang menempel di belakang juga terlepas, dan Perry terus-menerus menempelkannya.

Tentu saja, masih banyak yang harus dilakukan, tetapi bahkan dalam bentuknya yang sekarang, kerangka luar memungkinkan Daniel berjalan lebih lama dan lebih cepat dibandingkan dengan kruk. “Tanpa itu, saya menyadari betapa lambatnya saya bergerak – betapa pendeknya langkah saya,” katanya.

Hak cipta gambar Robotika Berkeley Keterangan gambar Kerangka luar memenuhi kebutuhan pemiliknya. Misalnya, model bisa dibuat lebih ringan jika orangnya bisa menekuk lututnya sendiri.

Benar, exoskeleton hanya cocok untuk berjalan di permukaan beraspal - rata bumi sederhana dia tidak sanggup melakukannya. Namun bagi penderita gangguan gerak, ini akan menjadi terobosan, kata Kazeruni.

Dia membayangkan bahwa di masa depan, exoskeleton akan memungkinkan seseorang, yang saat ini menggunakan kursi roda, untuk secara mandiri mencapai halte bus, berangkat kerja, dan di kantor - memasuki ruang pertemuan, pergi ke pendingin atau berjalan ke ruang rapat. toilet. Ini adalah gerakan sederhana namun penting yang secara radikal dapat mengubah kualitas hidup seseorang.

“Saya tidak tahu apakah perangkat ini akan menggantikan kursi roda,” kata McKinley. “Tapi mungkin itu bukan tujuan kami.” Dan tujuannya adalah untuk memberi masyarakat alat yang dapat mereka gunakan untuk memperoleh kemerdekaan. Kursi roda sebagai alat sangat efektif, kata ilmuwan tersebut. Namun duduk di dalamnya dalam waktu lama dapat menyebabkan masalah punggung, dapat menyebabkan luka tekan dan umumnya berdampak buruk bagi kesehatan. Kerangka luar tidak hanya memungkinkan pemiliknya mengambil buku dari rak paling atas, tetapi juga meningkatkan kesehatannya - cukup dengan meletakkannya di atas kakinya.

Daniel mengatakan bahwa dia terutama membutuhkan exoskeleton untuk rehabilitasi, untuk menjaga tonus otot dan keseimbangan. Selain itu, ia dapat berjalan dengan kursi roda tersebut jika kursi rodanya terlalu besar, dan berjalan dengan kruk akan menjadi terlalu lambat.

“Salah satu hal yang saya sukai tentang exoskeleton adalah pendekatan non-invasif,” kata Daniel. Dia adalah kandidat untuk berbagai macam operasi dan penggunaan obat-obatan jenis baru yang dapat membantunya mendapatkan kembali mobilitasnya, tetapi kerangka luar memungkinkannya mencapai hasil ini dengan risiko yang jauh lebih kecil.

Masa depan telah tiba

Selain nyaman untuk bergerak, rangka luar juga memungkinkan pemakainya berkomunikasi lebih langsung dengan orang lain. “Di kursi roda, Anda seperti berada di dalam gelembung,” keluh Daniel. Orang-orang takut memecahkan gelembung ini dan oleh karena itu lebih jarang mendekati dan berkomunikasi dengan Anda dibandingkan saat Anda sehat.

Banyak momen dalam hidup yang perlu dijalani dengan berdiri, catat Daniel.

"Dan itulah bagian dari keindahan exoskeleton - mereka membuat Anda menjadi anggota masyarakat yang normal." Untuk dipandang berbeda, terkadang cukuplah mata Anda sejajar dengan mata orang lain. “Kualitas hidup berubah secara dramatis melalui komunikasi,” kata Daniel.

Misalnya, orang tidak perlu membungkuk untuk menjabat tangan Anda. “Saat Anda berdiri dan berjabat tangan sambil berdiri, gerakan ini memiliki arti yang sangat berbeda,” tambahnya, “Sensasinya sangat berbeda.”

Aku terus memperhatikan Daniel berjalan dengan kerangka luar, dan hal yang paling mencolok adalah bagi saya hal ini sama sekali bukan sesuatu yang aneh. Para ilmuwan mengupayakan kesederhanaan desain, tetapi meskipun mengetahui hal ini, Anda akan melihat bahwa perangkat tersebut terlihat sangat biasa - sama sekali tidak terlihat seperti perangkat dari film fiksi ilmiah.

Mungkin ini adalah konfirmasi terbaik bahwa masa depan exoskeleton telah tiba. Kami kagum dengan teknologi yang tampaknya tidak terpikirkan oleh kami, dan gadget aneh yang memungkinkan kami melakukan sesuatu yang sebelumnya hanya dapat kami impikan. Tapi mesin elektromekanis yang membantu Anda berjalan… Ya, mengapa tidak?

Hak cipta gambar stok pemikiran Keterangan gambar Eksoskeleton dapat meningkatkan kualitas hidup orang-orang yang terpaksa menggunakannya kursi roda

Rupanya, era exoskeleton tidak akan lama lagi: menurut Kazeruni, model baru akan muncul hanya dalam waktu setahun. Kemungkinan besar, pada awalnya mereka jauh dari sempurna, tetapi teknologi terus berkembang.

Perangkat ini belum lolos pengawasan Badan Pengawas Obat dan Makanan AS - hal ini tidak akan mudah mengingat perangkat ini dimaksudkan untuk digunakan di Amerika Serikat tanpa pengawasan spesialis.

Pertanyaan yang mempertanyakan ketersediaan perangkat baru adalah apakah mereka bersedia membayar untuk perangkat tersebut Perusahaan asuransi. Namun bagi Kazeruni, itu tidak terlalu menjadi masalah. “Masalah dibuat untuk dipecahkan,” katanya, “Saya tidak perlu takut.”

Mungkin sikap Daniel yang terkendali dan bahkan agak sembrono terhadap kerangka luar adalah ciri pribadinya. Memang benar, dalam menghadapi kejadian mendadak yang menjungkirbalikkan seluruh hidupnya, dia tidak kehilangan keseimbangan batinnya. Pada hari dia lumpuh, dia juga tenang, bahkan perawat di ruang gawat darurat tidak mengerti bahwa dia tidak bisa berjalan, memintanya untuk dipindahkan ke tandu.

“Kamu bermain dengan kartu yang ada di tanganmu,” kata Daniel, “Jangan terlalu khawatir tentang kartu yang tidak kamu dapatkan.”

Namun, ada sesuatu dalam kondisinya saat ini yang masih mengganggunya. Sebelum dia menjadi lumpuh, katanya, dia akhirnya belajar bagaimana melakukan pukulan yang akurat, berkat itu dia mengalahkan saya dalam bola basket musim panas itu. Dia tidak lagi bermain, tetapi tidak putus asa - lagipula, kerangka luar menjadi lebih sempurna dari hari ke hari. "Siapa tahu," katanya, "mungkin suatu hari nanti saya akan melompat ke benda ini dan melemparkan bola ke dalam keranjang."

Masalah lainnya, terutama pada eksoskeleton tubuh bagian atas, adalah bobotnya karena terbuat dari bahan tahan lama yang dapat membawa beban berat dan menopang tubuh. Pakaian modern juga tidak dapat menangani perubahan suhu atau hujan dengan baik, sehingga sulit digunakan di dunia nyata. Dan dengan mereka penampilan orang masih belum bisa terbiasa dengannya.

Untuk membuat exoskeleton lebih praktis dan menarik secara visual, kita memerlukan inovasi: kita harus menjadikannya “kulit kedua” daripada pakaian robot raksasa. Biasanya, exoskeleton menggunakan motor listrik yang berat, namun aktuator ringan juga dapat digunakan sebagai otot pneumatik. Mereka dapat menerapkan gaya yang sama seperti motor listrik, hanya saja bobotnya beberapa kali lebih ringan. Otot-otot tersebut terdiri dari ruang karet yang dikelilingi oleh selongsong anyaman. Di bawah tekanan, diameternya bertambah dan panjangnya memendek, mendorong sambungan. Meskipun terbuat dari bahan yang ringan, mereka dapat memberikan gaya yang cukup untuk mengangkat ratusan kilogram.

robotika lunak

Namun aktuator ringan ini pun harus dipasang pada struktur mekanis yang kaku di tubuh pengguna. Para ilmuwan di Pusat Sistem Otonomi dan Robotika Universitas Salford sedang mengembangkan alternatif lain: robotika lunak. Teknologi ini menggunakan material canggih yang secara fisik lembut untuk tugas yang sama seperti yang dilakukan perangkat robot keras tradisional. Mereka sangat cocok untuk berinteraksi dengan orang, karena lembut sering kali berarti ringan dan kecil kemungkinan cedera saat bertabrakan dengan seseorang.

Mereka baru-baru ini mengembangkan "aktuator kontinum lunak" baru yang dapat dilenturkan seperti belalai gajah. Berbeda dengan sendi robot kaku tradisional, ketika dihadapkan pada hambatan di salah satu bagian tubuh, sendi tersebut akan melentur ke segala arah sepanjang keseluruhannya. Dengan mengenakan pakaian ketat dengan aktuator seperti itu, kita dapat memiliki kerangka luar lembut yang dapat melentur tepat di tempat persendian pemakainya berada. Oleh karena itu, setelan ini akan cocok untuk berbagai pengguna tanpa perlu memasang atau mengkalibrasi secara mekanis. Selain itu, sistem ini ringan dan dapat dipakai seperti pakaian, bukan kerangka mekanis yang besar.

Exoskeleton mulai dijual secara komersial, dan kemungkinan besar kita akan melihat banyak produk baru di tahun-tahun mendatang. Pada tahun 2012, seorang wanita lumpuh, Claire Lomas, bahkan menyelesaikan London Marathon dengan menggunakan exoskeleton. Namun masih banyak masalah teknik yang harus diselesaikan sebelum kita melihat penggunaan sistem seperti itu secara luas. Minimal, kita memerlukan cara untuk menyalakan pakaian ini tanpa harus mencolokkannya setiap setengah jam.

Membagikan: