Какими способностями наделяют людей «умные» экзоскелеты

РБКHi-Tech

Сила мысли

Какими способностями наделяют людей «умные» экзоскелеты

Автор: Мария Решетникова

ExoAtlet

Экзоскелеты, которые еще недавно, казалось, существовали лишь в фантастических фильмах, сегодня не только дают человеку силу и выносливость, но и буквально помогают встать на ноги. РБК рассказывает, где и для чего используются робокостюмы и какие перспективы закладывают в эту технику их создатели.

Современные экзоскелеты применяются во многих областях — от медицинской реабилитации до промышленного производства. Этот рынок быстро растет: в 2023 году его глобальный объем с точки зрения выручки оценивался в $0,7 млрд. Судя по докладу, опубликованному на портале MarketsandMarkets, к 2028 году рынок экзоскелетов достигнет $3,7 млрд, увеличиваясь на 38,6% с 2023 по 2028 год.

Растущий спрос на экзоскелеты объясняется несколькими факторами.

Первый и основной фактор — рост числа пожилого населения в мире. В отчете Verified Market Research говорится, что с 2019 по 2050 год доля людей старшего возраста более чем удвоится в Северной Африке и Западной Азии, Центральной и Южной Азии, Латинской Америке и Карибском бассейне, Восточной и Юго-Восточной Азии.

Второй фактор — увеличившееся количество инсультов во всем мире. По данным ВОЗ, за последние 17 лет риск развития заболевания вырос на 50%. В настоящее время каждый четвертый человек рискует перенести его в течение жизни. Экзоскелеты уже используют при реабилитации людей с двигательными нарушениями после перенесенного инсульта. Основатель Microsoft Билл Гейтс уверен, что эти устройства могут изменить жизнь людей с ограниченными возможностями здоровья, позволяя им выполнять основные задачи, такие как еда, питье и даже письмо.

Наконец, рынок экзоскелетов будет расти за счет инноваций. Уже появляются первые решения, которые работают с использованием технологий ИИ. Такие экзоскелеты позволят качественно улучшить жизнь пользователя, предупреждая развитие болезней опорно-двигательного аппарата, повышая выносливость и даже давая «суперспособности».

Hardiman

Что такое экзоскелет

Экзоскелет — это мобильный механизм, который работает при помощи системы электродвигателей, рычагов, гидравлики и других технологических решений. Экзоскелеты предназначены для восполнения утраченных функций человека, а также для увеличения силы мышц и расширения амплитуды движений.

Первый прототип экзоскелета создала компания General Electric совместно с армией США в 1960-е годы. «Хардимэн» весил 680 кг, имел восемь шарниров и два захвата, соединенных гидравлической и электронной сетями. Технологи рассчитали, что экзокостюм поможет человеку поднимать груз весом около 110 кг, но в реальных тестах новаторская разработка себя не оправдала. Когда систему приводили в действие, она выполняла хаотичные движения.

В последующие годы в разных странах было создано множество более успешных разработок. Их применяют для решения различных задач.

Для реабилитации

Российская компания ExoAtlet предлагает медицинские экзоскелеты для реабилитации пациентов с травмами ног, заболеваниями опорно-двигательного аппарата или нервной системы, а также после инсультов. Устройства управляются при помощи кнопок, расположенных на костылях, а также от планшета сопровождающего человека и приводятся в движение благодаря сигналам от силомоментных датчиков и электромиограммы — то есть считыванием электрической активности мышц. Алгоритмы устройства и встроенные приводы повторяют естественную ходьбу человека.

ExoAtlet весит около 20 кг, однако пациент не ощущает этот вес, поскольку движения автоматизированы и поддерживаются самой системой. Экзоскелет стоит около 4 млн руб. В рамках программы ExoRehabilitation устройства поставили в десятки российских клиник, а также в учреждения Турции, Казахстана и Португалии. С помощью них смогли восстановиться более 8 тыс. пациентов. Международное подразделение компании уже предлагает версию ExoAtlet II с индивидуальными настройками. Так, она позволяет регулировать движения бедер и выворот стопы при ходьбе.

Экзоскелеты также позволяют облегчить повседневную жизнь пациентам с тяжелыми заболеваниями. Например, корейская Angel Robotics выпускает устройства WalkOn Suit для людей с параличом. Они весят около 30 кг и выдерживают вес до 100 кг. Экзоскелеты обеспечивают сгибание и разгибание суставов ног и скорость ходьбы до 3,2 км/ч или быстрее. С их помощью можно преодолевать препятствия, например ступеньки. В комплекте с WalkOn идет рюкзак, в котором находится аппаратура для отслеживания положения тела в пространстве и управления приводами. Он оснащен сенсорной панелью, которая позволяет индивидуально настраивать параметры ходьбы.

Разработки есть и для детей с ограниченными возможностями здоровья — например, у американской Trexo Robotics. Экзоскелет, который производит компания, имеет функцию индивидуальной регулировки. Это делает Trexo Home универсальным инструментом, помогающим самостоятельно передвигаться детям с церебральным параличом, травмами мозга, повреждениями спинного мозга, параплегией, мышечной дистрофией, синдромом Ретта и другими заболеваниями. Месяц аренды устройства стоит $1 тыс. Trexo управляется с планшета. Экзоскелет позволяет регулировать нагрузку на тело, характер походки, скорость движения и имеет функцию активной помощи мышцам.

Для больших нагрузок

В 2021 году российская компания EKZO Solutions начала выпускать модульные экзоскелеты ProEXO, которые защищают спину при тяжелых физических нагрузках. Стоимость комплектов начинается от 57 тыс. руб. Так, комплектация Power предназначена для переноса грузов, а Lite Hand — для долгой работы с весом на поднятых руках, например при выполнении строительно-монтажных задач.

Компания предлагает варианты экзоскелетов для разных профессий, включая курьеров — доставщиков воды. Они могут быть пассивными — для защиты опорно-двигательного аппарата от перегрузок, или активными — со встроенными приводящими моторами, которые берут на себя большую часть физических нагрузок.

Особенно важно защитить работников от перегрузок и травм в индустрии строительства, поэтому многие проекты нацелены именно на этот рынок. Экзоскелеты для строителей помогают снизить мышечное напряжение и повысить их выносливость. Например, экзоскелеты Sarcos Robotics серии Guardian обеспечивают перенос веса из одной части тела на другую при выполнении определенного типа работ. Также они смещают нагрузку с рук на ноги, когда рабочему нужно долго держать руки на весу.

Самая продвинутая версия, ХО, имеет 24 степени свободы и предупреждающие о препятствиях датчики. Она оснащена удобным интерфейсом управления, который отображает различные уведомления. Режим «Свободные руки» позволяет оператору заблокировать руки костюма с грузом на весу, чтобы одновременно выполнять сложные задачи собственными конечностями.

Многие компании выпускают экзоскелеты, обеспечивающие поддержку рук, так как они лучше всего подходят для выполнения задач, связанных с резкой, сверлением и шлифованием поверхностей. Конструкции поддерживают руки и плечи таким образом, что нагрузка от постоянного удерживания тяжелых инструментов уменьшается.

Так, EksoVest Bionics задействовала механизм на пружинах в обеих руках экзоскелета, чтобы человеку было проще удерживать на весу тяжелые предметы. А экзоскелет от компании Levitate Technologies использует систему колесиков с приводами для решения аналогичной задачи.

Levitate Technologies

Экзоскелеты с ИИ

На разработку современных экзоскелетов влияют и достижения в области искусственного интеллекта. В январе 2024 года исследовательский центр интеллектуальной робототехники Корейского института науки и технологий (KIST) представил портативный экзоскелет MOONWALK-Omni для облегчения ходьбы и подъемов в гору. Он представляет собой пояс с четырьмя приводами, которые крепятся к бедрам. Приводы улучшают баланс, а также повышают силу ног на 30%. MOONWALK-Omni весит 2 кг, взрослый пользователь может надеть экзоскелет менее чем за 10 секунд без посторонней помощи.

Встроенная технология ИИ анализирует походку в режиме реального времени, регулируя поддержку мышц в различных условиях, включая пологие склоны, неровные каменистые тропы, крутые деревянные лестницы и неровные каменные ступени.

А шанхайский стартап Hypershell представил складной экзоскелет Omega для преодоления больших расстояний и походов по пересеченной местности. Он весит 2 кг и складывается в 6,5-литровый рюкзак. Экзоскелет использует встроенный двигатель мощностью 1 л.с., что позволяет компенсировать вес до 30 кг. Omega поддерживает девять режимов, включая ходьбу, бег, восхождение и езду на велосипеде. При этом «гиперрежим» дает максимальную производительность по нажатию кнопки.

«Умная» система отслеживает движения ног, чтобы моделировать походку за миллисекунды с помощью двух встроенных процессоров. Механизм ИИ также предсказывает следующий шаг путешественника и плавно согласовывает вспомогательные выходные данные, обучаясь и адаптируясь с течением времени для более интуитивной работы.

Существуют экзоскелеты, которые фактически управляются силой мысли. Например, японская Cyberdyne уже предлагает устройство HAL (Hybrid Assistive Limb). Когда перед совершением движения мозг посылает сигналы через нервы к мышцам, то устройство считывает слабые биоэлектрические импульсы с поверхности кожи с помощью электродов. HAL имеет два типа систем управления. Кибернетическая система добровольного управления использует импульсы для выполнения желаемых движений пользователя, а кибернетическая автономная система управления воспроизводит человекоподобные движения, даже если эти сигналы не считываются.

Фото: Fick, Bruce R / Public domain / Wikimedia Commons, ExoAtlet, Levitate Technologies

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Криворукие гуманоиды», или Поговори со мной, машина! «Криворукие гуманоиды», или Поговори со мной, машина!

Мог ли чат GPT появиться в России и почему Китай скоро обгонит США

Наука
Итальянские протеи покинули пещеры ради охоты на червей Итальянские протеи покинули пещеры ради охоты на червей

Ранее считалось, что европейские протеи проводят под землей всю жизнь

N+1
Просто огонь: Как устроен боевой робот «Папочка» Просто огонь: Как устроен боевой робот «Папочка»

Как надо строить роботов-гладиаторов

ТехИнсайдер
Терминальная стадия: как в Черном море стало тесно продавцам зерна Терминальная стадия: как в Черном море стало тесно продавцам зерна

Через зерновые терминалы Черного моря уходит до 90% зерновых на экспорт

Forbes
Весна – это хорошее время для техники или нет: 3 вещи, которые стоит знать водителю Весна – это хорошее время для техники или нет: 3 вещи, которые стоит знать водителю

Новых вредоносных факторов для автолюбителей весной не появляется

ТехИнсайдер
Уровень смертности молодых людей США в 2,5 раза выше, чем в других странах: почему Уровень смертности молодых людей США в 2,5 раза выше, чем в других странах: почему

Взрослые в США умирают гораздо чаще, чем их сверстники из других стран. Почему?

ТехИнсайдер
Что не так с «Большими девочками»? 4 главные проблемы популярного шоу о похудении Что не так с «Большими девочками»? 4 главные проблемы популярного шоу о похудении

Почему шоу «Большие девочки» транслирует неправильные идеи

Psychologies
Сомнительно и о’кей. Худшие и лучшие соусы и сыры к картофелю фри Сомнительно и о’кей. Худшие и лучшие соусы и сыры к картофелю фри

Секреты вкусного картофеля фри: как подобрать соус и сыр

СНОБ
Жизнь по 102-й горизонтали Жизнь по 102-й горизонтали

Как живет один из самых необычных заповедников России?

Наука и жизнь
От «Мастера и Маргариты» до «Онегина»: удачные и провальные экранизации классики От «Мастера и Маргариты» до «Онегина»: удачные и провальные экранизации классики

Успешные и провальные случаи киноадаптаций больших книг

Правила жизни
Две стороны советской науки: почему Капицу не пускали в Кембридж, а Ландау арестовали Две стороны советской науки: почему Капицу не пускали в Кембридж, а Ландау арестовали

Как формировалась политика по отношению к науке и ученым в сталинские времена?

Forbes
Капля по капле. 7 способов передать показания счетчиков расхода воды Капля по капле. 7 способов передать показания счетчиков расхода воды

Рассмотрим способы передачи показаний счетчиков воды

Лиза
Мадонна Мур Мадонна Мур

Главный редактор Алиса Жидкова встретилась с журналистом Мадонной Мур

Grazia
Выносливый и политически благонадежный: как Гагарина выбрали для полета в космос Выносливый и политически благонадежный: как Гагарина выбрали для полета в космос

О том, как шла подготовка к отправке человека в космос

Forbes
Радость, усни Радость, усни

«Герой наших снов»: анекдот о славе и цифровом капитализме с Николасом Кейджем

Weekend
11 вещей, которые никогда нельзя чистить содой: мнение профессиональных клинеров 11 вещей, которые никогда нельзя чистить содой: мнение профессиональных клинеров

Рассказываем, какие поверхности не стоит чистить содой!

VOICE
Какие тайны скрывает фильм «Шоколад»? Мнение психолога Какие тайны скрывает фильм «Шоколад»? Мнение психолога

Что нам известно о Тени? О том, что вытеснено, спрятано, но продолжает жить?

Psychologies
Что сажать на рассаду Что сажать на рассаду

Самые популярные и простые в уходе растения на рассаду

Лиза
«Совершенно Невероятное Событие»: женитьба середины XIX века «Совершенно Невероятное Событие»: женитьба середины XIX века

Премьера спектакля Евгения Каменьковича по пьесе Николая Гоголя

Монокль
Шимпанзе подсмотрели решение непонятной задачи у обученных сородичей Шимпанзе подсмотрели решение непонятной задачи у обученных сородичей

Шимпанзе могут научиться у сородичей решению сложной задачи

N+1
Какое место в автомобиле самое безопасное для ребенка? Ответ вас удивит Какое место в автомобиле самое безопасное для ребенка? Ответ вас удивит

Где расположить детское автокресло, чтобы обеспечить ребенку безопасность?

ТехИнсайдер
«Когда я боюсь , я иду напролом» «Когда я боюсь , я иду напролом»

Ксения Трейстер — о твердом характере и желании быть во всем первой

OK!
5 ошибок при мытье зеркал и окон, которые непременно приведут к образованию разводов 5 ошибок при мытье зеркал и окон, которые непременно приведут к образованию разводов

Исключите эти ошибки — и вам не придется несколько раз перемывать окна и зеркала

ТехИнсайдер
Проверяем щитовидку. Неочевидные симптомы, которые указывает на ее проблемы Проверяем щитовидку. Неочевидные симптомы, которые указывает на ее проблемы

Щитовидка контролирует работу сердца и влияет на наше самочувствие

Лиза
Как перестать думать о человеке? 4 совета психолога Как перестать думать о человеке? 4 совета психолога

Он или она заполняют все ваши мысли?

Psychologies
«Масло с водой не смешивается». Глава из романа «Заххок» Владимира Медведева «Масло с водой не смешивается». Глава из романа «Заххок» Владимира Медведева

Глава из романа, в котором пересекаются культуры прошлого и настоящего «Заххок»

СНОБ
Несчастливые дни Несчастливые дни

«Гении»: попытка байопика Сэмюэла Беккета

Weekend
Сколько посадок самолета выдерживают шины и почему авиакомпании никогда их не покупают Сколько посадок самолета выдерживают шины и почему авиакомпании никогда их не покупают

Как устроены шины для самолетов и почему они так быстро изнашиваются

Maxim
Что делать, если посудомоечная машина не сливает воду Что делать, если посудомоечная машина не сливает воду

Случаи, почему течет посудомойка, а также способы, как это исправить

CHIP
Подать газу Подать газу

Что сдерживает перевод российской сельхозтехники на газомоторное топливо

Агроинвестор
Открыть в приложении