В университете города Цукуба (Япония) создан уникальный «роботокостюм», который позволяет нетренированному человеку легко поднимать гири по 70-80 кг или, не сгибаясь, нести на плечах груз в 100 кг. Это устройство может использоваться, например, при спасательных работах в зонах стихийных бедствий, при длительном физическом труде, для восстановления людей с ослабленными мышцами. Университет Цукубы готов продавать свои «роботокостюмы» или сдавать их в аренду.

Как полагают, японский образец станет одним из серийных устройств, называемых «экзоскелетами». Как сообщила сегодня пресс-служба университета, датчики улавливают слабые электрические импульсы, образующиеся в мышцах человека при совершении движений. Они синхронизируются с действием силовых приводов костюма, что позволяет даже слабым людям превращаться в богатырей. Пока что скорость этого «протеза» невелика, но в ближайшем будущем разработчики рассчитывают представить более шуструю модель, способную развивать скорость бегущего человека.

«Двуногие танки»

Вес прототипа HAL-5 (HAL — «гибридная вспомогательная нога», Hybrid assistive leg), разрабатывавшегося под руководством профессора Есиюки Санкаи, составляет 15 кг. Питается устройство от никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, заряда которых должно хватить на два часа работы и больше (в зависимости от нагрузки). Предполагается, что робокостюмы HAL-5 в перспективе смогут использовать рабочие и люди с ограниченными физическими возможностями, сообщает AFP.

Здесь необходимо в двух словах рассказать, о каких устройствах идет речь. По сути своей, экзоскелеты или бионические костюмы (к каковым относится и HAL) – это роботы, надеваемые на человека, которые увеличивают его физическую силу и выносливость. Ожидается, что с помощью этих систем человек сможет переносить громоздкие грузы с большой скоростью, а также они помогут ему ориентироваться на незнакомой местности. И, конечно, разработки таких систем не могли не заинтересовать военных.

Действительно, в будущем экзоскелеты позволят сочетать огневую мощь танка (за счет большого веса оружия и брони, переносимых бойцом) с подвижностью и размерами человека. Агентство перспективных разработок и исследований МО США (DARPA, Defense Advanced Research Projects Agency), спонсирующее эти программы, предъявляет следующие требования к экзоскелетам: увеличение физической силы – солдаты должны носить на себе тяжелое оружие и другое оборудование; кроме того, увеличив свою силу, они смогут убирать препятствия со своего пути на марше; увеличение скорости: средняя скорость солдата – 4-6 мили в час, при этом он должен нести на себе 150 фунтов груза (однако пока неизвестно, с какой скоростью сможет двигаться человек в экзоскелете); прыжки на большую высоту и расстояние. И хотя пока еще неясно, насколько высоко и далеко смогут прыгать люди в этой системе, военные предполагают, что солдаты должны преодолевать более высокие и широкие препятствия. Став сильнее, солдаты тем самым станут и выносливее и смогут преодолевать большие дистанции. Кроме того, они смогут чинить тяжелое оборудование, которое иначе было бы невозможно привести в рабочее состояние. Экзоскелеты будут также оборудованы датчиками и встроенными приемниками системы глобального позиционирования (GPS), с помощью которых солдаты будут двигаться к заданной точке по неизвестной местности. Вдобавок ко всему специалисты DARPA разрабатывают компьютеризированные ткани, которые будут следить за режимом работы сердца и дыханием солдата.

Гражданский сектор — перспективней

Разработки DARPA – не первая попытка создания таких систем. В 1960-е годы компания General Electric разработала электрическую и гидравлическую конструкцию под названием Hardiman, однако при ее весе в 1500 фунтов речи о сколь-нибудь эффективном ее использовании не велось. И хотя сейчас используются более легкие материалы (например, углеродное волокно), однако проблемы все же остаются. Применительно к военному делу их суть такова: экзоскелет должен быть сделан из прочного, легковесного и гибкого материала, который к тому же должен защищать и себя, и солдата от вражеского огня; экзоскелет должен работать как минимум 24 часа без дозаправки, блок питания также должен входить в систему; одной из наиболее сложных задач будет создание бесшумного двигателя; средства управления системой должны быть максимально удобны, чтобы пользователь мог свободно функционировать; пользователь должен иметь возможность плавных и бесшумных движений; разработчики должны создать сочленения такие, которые будут похожи на человеческие, так как если солдат в битве будет ограничен в движениях, то для него эти ограничения будут фатальны.

Подводя итог, можно сказать, что экзоскелет должен во многом походить на человека в его манере двигаться, чутко реагировать на человеческие движения. Как сказал писатель-фантаст Роберт Хайнлайн в знаменитом романе «Звездный десант» (Starship Trooper): «Гениальность изобретения состоит в том, что контроль вообще не нужен. Десантник просто носит скелет, как костюм, «как кожу». Впрочем, хотя DARPA и выделило на финансирование работ по бионическим костюмам более 50 млн. долл. с 2000 года, приблизиться к идеалу, описанному Хайнлайном, пока не удается. Вероятность того, что уже в будущем году военные получат желаемый экзоскелет, невелика – имеющихся наработок явно недостаточно, разве что внезапно отыщется гений. Возможно, это и к лучшему, что вместо производства бронированных боевых костюмов для «терминаторов» конструкторы уделят больше внимания разработкам гражданских образцов.

Между человеком и андроидом

Как считается, наиболее успешно области сугубо мирного применения экзоскелетов осваивают японцы. Не секрет, что в этой стране в силу разных причин (не в последнюю очередь – благодаря массовой культуре) очень велик интерес к человекоподобным роботам – андроидам. Ну а бионический костюм представляет собой как бы переходный вариант между человеком, «усиленным» механическими мускулами, к человекоподобному механическому «существу». Ученым из Цукубы «наступают на пятки» их коллеги из университета Канагава, под руководством Кейдзиро Ямамото разработавшие механизированный экзоскелет, который позволит медсёстрам и врачам поднимать пациентов с кровати, не прилагая к этому никаких усилий. Во время испытаний прототипа устройства медсестра весом 64 килограмма смогла поднять на руки и перенести пациента, весящего больше, чем она, — 70 килограмм. Экзоскелет представляет собой металлический каркас с пятью пневматическими приводами: по одному для каждого локтя и каждого колена и один на пояснице.

Сигналы, приводящие их в движение, поступают от микрокомпьютера, который считывает данные с чувствительных пластинок, размещенных на всех основных группах мышц, и пытается управлять экзоскелетом таким образом, чтобы он копировал движения одетого в него человека.

Прототип, который изготовила группа Ямамото, пока не слишком практичен: он весит 16 килограмм, и человеку, одевшему его, приходится таскать за собой чудовищную путаницу из проводов и шлангов, по которым к сервомеханизмам подается сжатый воздух.

Кроме того, его цена также малоприемлема: он стоит более 21000 долларов. Однако, по утверждению Ямамото, все трудности устранимы, и они будут устранены в самое ближайшее время. Переработка конструкции экзоскелета, которая устранит необходимость в подаче электричества и сжатого воздуха извне, уже начата.

Машина станет легче и дешевле, и, как полагает Ямамото, уже через два года медицинские учреждения смогут приобрести улучшенных «потомков» нынешнего экзоскелета за 250-300 долларов.

Геннадий Нечаев

31 октября 2006, 08:17

Деловая газета «Взгляд»