Екзоскелетите извън научната фантастика: Идея от природата в помощ на човека – или пък не?

Идеята за външен скелет, т.нар екзоскелет, присъства под различни вариации в човешкото въображение изненадващо назад във времето. Неговата масова поява и развитие в sci-fi и Cyberpunk жанровете протича плавно, като неизбежно става част и от нашата физическа реалност. Идеята за подобни разработки привлича инженери и учени вече два века, за да достигнем до сложната съвременна класификация на напълно реалните модели екзоскелети. Днес киното и гейминг индустрията често вадят на сцената подобни технологии. Примери за това са: Call Of Duty, The Surge, Cyberpunk 2077, The Matrix, Iron Man, Elysium, Edge of Tomorrow и много други. Историята показва, че неведнъж научнофантастичен сюжет става основа за технологична иновация. А какво точно представляват екзоскелетите, какво е приложението им в медицината и индустрията, какви очаквания можем да имаме за бъдещето, дали сме близо до примерите в научната фантастика, ще разгледаме в следващите редове.

Екзоскелетът като термин произхожда от гръцки: έξω/éxō – „външен“, σκελετός/skeletós – „скелет“, и означава външен скелет, който едновременно поддържа формата на тялото и защитава вътрешните органи на организма. Характерен е за голяма част от безгръбначните животни, сред които насекоми, ракообразни и мекотели с черупка.

Механично задвижваният екзоскелет (известен също като силова броня, механизирана броня, кибернетичен костюм, високотехнологична броня, екзокостюм и други) е мобилна машина, която може да се носи върху цялото или част от човешкото тяло, като осигурява ергономична структурна опора и е задвижвана от система от двигатели, пневматика, лостове, хидравлика или комбинация от кибернетични технологии. Механичният екзоскелет позволява достатъчно движение на крайниците, може да повишава силата и издръжливост.

Екзоскелетите – технология по-стара, отколкото си мислим

Свидетелства за първи опити за изработване на подобен механизъм има още през XIX век. Той е дело на руския инженер Николас Ягн, който създава своя апарат за подпомагане на движението през 1890 г. Устройството на Ягн е пасивно и изцяло се е задвижвало от човешка сила.

През 1917 г. изобретателят Лесли С. Кели разработва т.нар. педомотор в САЩ, който работи с енергия, генерирана от пара. Тази система постига повишаването на човешките физически възможности чрез механизъм, който не изисква човешка сила.

През 60-те години на XX век се появяват първите истински „мобилни машини, интегрирани към човешко движение“. General Electric и въоръжените сили на САЩ разработват съвместно Hardiman – механичен костюм, който се захранва от хидравлика и електричество. Поради редица ограничения, като постигнатата скорост от 0.76 m в секунда и максимална тежест за пренос от 680 kg, проектът е обявен за неуспешен.

През 1972 г. в белградската ортопедична клиника е тестван екзоскелет с пневматично захранване и електронно програмиране.

А Вие от кой вид искате?

През следващите десетилетия продължават проектите на екзоскелети в редица страни, като постепенно достигат до съвременната си класификация. Тя се дели на 6 основни групи:

• Част от тялото: цяло тяло, горна или долна част на тялото, специфичен сегмент, конкретен крайник;
• Структура: твърда или мека;
• Действие: активно или пасивно;
• Захранваща технология: електрически, хидравличен, пневматичен или механичен задвижващ механизъм, хибрид;
• Цел: физическо възстановяване или повишаване на физическа производителност;
• Сфера на приложение: военна, клинична, проучвателна, индустриална, цивилна или друга.

През декември 2022 г. конкурса „Предприемач в науката“ на фондация „Карол Знание’’ печели Петко Стоев, докторант в секция „Кибер-физични системи“ към БАН (ИИКТ) с проект за рехабилитационен робот. Разработката е прототип на робот тип екзоскелет, който да предостави възможност за възстановяване на пациенти, като така се облекчат значително рехабилитираните и медицинските експерти.

В България вече свободно се продават и няколко модела екзоскелети за облекчаване на натоварването по време на монтажни работи, боядисване, пренасяне на тежки предмети и други.

В наши дни развитието на този тип технологии и проекти по света е изключително разнообразно.

Guardian XO е разработка на Sarcos Robotics, като представлява екзоскелет за цяло тяло. Моделът е първият в света робот екзоскелет за цяло тяло, който е захранван изцяло от батерия и пригоден за индустриални цели.

През 2014 г. Mawashi започна разработване на екзоскелети за Министерството на военните силите на САЩ. Така се ражда първото поколение носещи екзоскелети UPRISE. Следваща тяхна разработка е UPLIFT. Той е насочен към намаляване на умората и възможни наранявания, като е подходящ за употреба в различни индустрии.

Екзоскелетът срещу човека?

Въпреки подобренията на продуктивност, намаляването на травми и умора, съкратения възстановителен процес на пациенти, редица учени не са съгласни, че екзоскелетите носят само плюсове. Проучване, публикувано в списание Applied Ergonomics, установява, че когато хората носят екзоскелети, докато изпълняват задачи, които изискват от тях да мислят за действията си, мозъкът им работи извънредно и телата им се състезават с екзоскелетите, а не работят в хармония с тях. „Това е почти като да танцуваш с лош партньор“, коментира Уилям Марас, старши автор на изследването, професор по интегрирано системно инженерство и директор на Института за изследване на гръбначния стълб в Охайо.

Поп културата винаги е имала тежест върху очакванията на обществото от технологиите. Филмите и игрите ни дават обща и доста грандиозна представа какво може да се очаква от този тип технологии. Call Of Duty, The Surge, Cyberpunk 2077, The Matrix, Iron Man, Elysium, Edge of Tomorrow, GI Joe, Prometheus завинаги ще оставят отпечатък в съзнанието ни със своите изключително развити, мобилни, масивни и роботизирани костюми и брони. Но технологиите около реалните екзоскелети напредват изненадващо бързо, докато се любуваме на sci-fi разработките в киното и гейминг индустрията.

За да подготвим този материал, използвахме информация от БАС, sarcos.com, emergency-live.com и др.

Източник на снимковия материал: canva.com, mawashi.ca, walk-again.com, sarcos.com