По прогнозам ученых, человечество стоит на пороге эпохи Homo mechanicus - «человека механического», облаченного в зкзоскелет - второй опорно-двигательный аппарат. Железные «ноги» и полимерные мышцы не будут знать усталости. В Америке экзоскелеты массово появятся в экипировке солдат, в Японии «доспехами будущего» оснастят инвалидов и пожилых.

Постройка скелетов

Зкзоскелет, в переводе с греческого, это «внешний скелет». То есть, по сути, второй опорно-двигательный аппарат, способный либо увеличить физическую силу и выносливость человека, либо помочь больному встать на ноги, взяв на себя все усилия и нагрузки. Но для военного ведомства это, прежде всего стальной боевой скафандр, призванный не просто увеличить силу солдата, но и превратить его в универсальную боевую машину - наподобие тех, что были показаны в голливудских боевиках «Аватар» и «Железный человек».
Идея модернизировать человека, соединив его с неким механизмом, стала будоражить умы ученых еще несколько веков назад. Считается, что ближе всего к воплощению этой идеи подошел в середине XVIII века математик и музыкант Жак де Вокансон, который создал целый ряд чудных изобретений, включая утку-киборга и настоящего робота, играющего на флейте. К сожалению, об этих механизмах мы можем только прочитать - они были унесены в небытие Великой французской революцией. В историю Вокансон вошел как создатель первого в мире полностью автоматического ткацкого станка, использующего в качестве программы металлические карточки,
Первые реальные экзоскелеты были построены военными и медиками почти одновременно - в конце 60-х годов прошлого века. Специалисты General Electric по заказу американского агентства DARPA, занятого разработкой футуристических проектов для Пентагона, создали железного Hardiman. Техническое задание было смелым: зкзоскелет должен позволять человеку оперировать с грузами весом до 700 килограммов. В случае удачного завершения проекта зкзоскелет Hardiman имел бы замечательные перспективы. Так, военные предполагали использовать новую технику для облегчения работы техников в военно-воздушных силах, которые сегодня вручную цепляют тяжеленные бомбы и ракеты под крылья самолетов. Кроме того, «в очереди» стояли атомщики, строители и представители самых разных отраслей.
Но даже через 10 лет после начала программы инженерам так и не удалось воплотить в металле все задуманное. Было построено несколько прототипов, в том числе и рабочая механическая рука. Огромная клешня Hardiman имела гидравлический привод и могла поднимать до 350 килограммов.

Падает и ломается

Но тут перед конструкторами встала другая проблема: обычный человек способен выполнять одновременно свыше 30 различных управляемых действий - такая степень свободы для машины тогда казалась абсолютно недостижимой. Более того, конструкторы никак не могли заставить работать правильно механические «ноги» экзоскелета, что не раз приводило к опрокидыванию всей конструкции. С горькой иронией авторы проекта назвали это явление «механической пляской святого Витта».
Интересно, что почти одновременно с созданием Hardiman знаменитый югославский ученый Миомир Вукобратович из белградского Робототехнического центра института им. Михаила Пупина воплотил в жизнь совершенно другую концепцию экзоскелета - не боевой машины, но устройства, предназначенного для реабилитации инвалидов. Он вообще считал, что идея создания человекоподобных роботов родилась из желания помочь инвалидам, особенно обездвиженным, и поэтому использовать подобные устройства в военных целях - кощунственно.
Собственно, по этим двум направлениям - военному и медицинскому - и пошло развитие экзо-скелетов. Причем их различия чувствуются даже на уровне технологии: если боевые машины строятся на основе тяжеловесных гидравлических механизмов и сенсоров, реагирующих на сокращения человеческих мышц, то медицинские экзоскелеты работают с помощью сервоприводов - особо точных приводов с моторчиком, которые реагируют на сигналы электродов, улавливающих нервные импульсы, передающиеся от мозга мускулам. Это как бульдозер и спортивный автомобиль, как шахтерский отбойный молоток и молоточек часового мастера - вроде бы и похожие инструменты, но делают совершенно разные вещи. Впрочем, эволюция показывает, что оба вида могут неожиданно слиться в один.

«Халк» и все остальные

На рубеже тысячелетий американское Агентство передовых оборонных исследовательских проектов DARPA приняло комплексное научное исследование по созданию облика солдата будущего. В Пентагоне прекрасно понимали, что посылать в бой солдат в костюмах за согни тысяч долларов - непозволительная роскошь. Амбиции генералов были куда скромнее: солдаты, оснащенные экзо-скелетами, должны были для начала научиться выполнять простую работу грузчиков, Поэтому техническое задание подразумевает только возможность длительной переноски солдатом в зкзоскелете груза массой около 100 килограммов и повышение его скорости передвижения.


Первый из экзоскелетов - HULC («Халк») - не в полной мере отвечает требованиям DARPA. Дело в том, что 25-килограммовая конструкция имеет в своем составе только систему поддержки спины и механические «ноги». Поддержка рук в HULC не реализована, хотя в технической документации сказано, что солдат в зкзоскелете может нести на себе до 90 килограммов груза и при этом испытывать нагрузку, отвечающую всем армейским нормативам. HULC оснащается литий-ионным аккумулятором, емкости которого хватает на 8 часов. В то же время HULC может и бежать со скоростью 18-20 км/ч, однако быстрый бег способствует быстрому истощению аккумуляторов.

Прогресс идет не спеша

Компания Raytheon на данный момент представила уже второе поколение экзоскелета - модель XOS 2, которая, в отличие от HULC, оснащена системой поддержки рук, что дает ей возможность поднимать до 90 килограммов груза. Примечательно, что конструкция XOS позволяет устанавливать на механические руки различные манипуляторы.
Футуристический костюм состоит из сложных комбинаций автоматических регуляторов, сенсоров, высокопрочного алюминия и стали. Он позволяет оператору легко поднимать вес в 90 килограммов и двигаться со скоростью 12 км/час. При этом зкзоскелет настолько гибкий, что в нем можно играть в футбол и подниматься по лестнице.
Испытывали в условиях сильно пересеченной местности, перепадов температуры. Для чистоты эксперимента все то, что проделывал боец, облаченный в XOS 2, выполняли солдаты без навороченного обмундирования. Впрочем, тот, кто ждал, что на испытаниях начнутся сражения боевых роботов наподобие «Терминатора» или «Железного человека», был сильно разочарован. Большую часть времени боевой робот без устали переставлял с места на места ящики с боеприпасами, поднимал увесистые баллистические ракеты и аккуратно приседал на месте.

Смокинг для героя

В этом году XOS 2 планируется проверить в боевых условиях. Правда, здесь все не так просто. «Костюм Железного человека», как-окрестили его журналисты, имеет существенный недостаток - он не имеет аккумуляторов и питается от сети, таская за собой электрические провода. Впрочем, привязанность экзоскелета к розетке не является препятствием для работы грузчиком на складе. Посчитано, что работник, использующий зкзоскелет, работает в четыре раза эффективней, чем без него.
За последние пять лет количество скелетно-мышечные травм в армии США выросло более чем в десять раз. За прошлый год с подобными проблемами к медикам обратились 900 тысяч раз, то есть фактически каждый военнослужащий дважды в год жаловался на травмы (списочный состав армии США составляет 540 тыс. солдат в строю). А государству ежегодно приходится выплачивать свыше $ 500 миллионов долларов ветеранам, получившим инвалидность из-за скелетно-мышечных травм.
Причина эпидемии, как ни странно, в усовершенствовании военного обеспечения. Современный американский солдат должен переносить на себе 45 кг оружия и амуниции, не говоря уже о постоянной погрузке и разгрузке боеприпасов, обустройстве лагеря и блок-постов. В свете этого вроде бы дорогостоящий зкзоскелет, который, по предварительным оценкам, стоит несколько сот тысяч долларов, кажется не таким уж дорогим.Автор: Е.Кудрявцева
Источник: "Интересная газета. Загадки цивилизации" №6 2013 г.