Екзоскелетом називається зовнішній каркас, що дозволяє людині здійснювати воістину фантастичні дії: піднімати тяжкості, літати, бігати з величезною швидкістю, здійснювати гігантські стрибки тощо. І якщо ви думаєте, що такі пристрої мають лише головні герої "Залізної людини" або "Аватара", то ви глибоко помиляєтеся. Вони доступні людству ще з 60-х років. минулого століття; більше того, ви можете дізнатися, як зібрати екзоскелет своїми руками! Проте про все по порядку.

Екзоскелет: знайомство

Сьогодні ви цілком можете придбати собі екзоскелет - подібну продукціювипускає Ekso Bionics та Hybrid Assistive Limb (Японія), Indego (США), ReWalk (Ізраїль). Але якщо у вас є зайві 75-120 тисяч євро. У Росії ж поки що виробляються тільки медичні екзоскелети. Їх проектує та випускає компанія "Екзоатлет".

Перший екзоскелет своїми руками виготовили вчені корпорацій General Electric та United States Military ще у шістдесятих роках минулого століття. Він називався Hardiman і міг вільно підняти в повітря вантаж, рівний 110 кг. Людина, що надягла цей пристрій, в процесі відчувала навантаження, як при піднятті 4,5 кг! Тільки ось сам Hardiman при цьому важив усі 680 кг. Тому він і не мав великого попиту.

Усі екзоскелети поділяються на три типи:

повністю роботизовані;

• для ніг.

Сучасні робокостюми важать від 5 до 30 і вище кг. Вони бувають як активними, і пасивними (працюючими лише з команді оператора). За призначенням екзоскелети поділяються на військові, медичні, промислові та космічні. Розглянемо найпрекрасніші з них.

Найвражаючі екзоскелети сучасності

Зібрати такі екзоскелети своїми руками вдома найближчим часом, звичайно, не вдасться, проте познайомитися з ними варто:

• DM (Dream machine). Це повністю автоматичний гідравлічний екзоскелет, що управляється голосом свого оператора. Пристрій важить 21 кг і здатний витримувати людину вагою до центнера. Поки що використовують для реабілітації пацієнтів, які можуть ходити внаслідок захворювань ЦНС чи інших нейром'язових хвороб. Орієнтовна вартість– 7 млн ​​рублів.
• Ekso GT. Місія цього екзоскелета та сама, що й у попереднього - він допомагає людям з патологіями моторних функцій ніг. Характеристики схожі з попереднім, ціна – 7,5 млн рублів.
• ReWalk. Покликаний знову подарувати рух людям із паралічем нижніх кінцівок. Важить пристрій 25 кг і здатний працювати без підзарядки 3 години. Екзоскелет доступний у Європі та США у сумі, еквівалентній 3,5 млн рублів.
• REX. Сьогодні цей пристрій можна купити і в Росії за 9 млн. рублів. Екзоскелет дарує людям з паралічем ніг не тільки самостійну ходьбу, а й можливість встати/сісти, повернутися, піти "місячною ходою", спуститися сходами тощо. REX управляється джойстиком, здатним функціонувати без підзарядки весь день.
• HAL (Hybrid Assistive Limb). Існує у двох варіантах - для рук та для рук/ніг/торсу. Даний винахід дозволяє оператору підняти вагу в 5 разів важче за граничну для людини. Також застосовується для реабілітації паралізованих людей. Важить цей екзоскелет всього 12 кг, яке зарядки вистачає на 1,0-1,5 год.

Як зробити екзоскелет своїми руками: Джеймс Hacksmith Хобсон

Першою і поки що єдиною людиною, яка зуміла сконструювати екзоскелет у позалабораторних умовах, є канадський інженер Джеймс Хобсон. Винахідник зібрав пристрій, який дозволяє йому вільно піднімати у повітря 78-кілограмові шлакоблоки. Працює його екзоскелет на пневмоциліндрах, які забезпечує енергією компресор, а керується пристрій за допомогою пульта.

Канадець не тримає у секреті свій винахід. Як зібрати екзоскелет своїми руками на його приклад, ви можете дізнатися на сайті інженера і на його каналі на "Ютуб". Однак врахуйте, що вага ваги, що піднімається таким екзоскелетом, лягає виключно на хребет оператора.

Екзоскелет своїми руками: зразкова схема

Детальної інструкції, що дозволяє легко зібрати екзоскелет будинку, немає. Однак зрозуміло, що для нього буде потрібно:

• каркас, що відрізняється міцністю та рухливістю;
• гідравлічні поршні;
• барокамери;
• вакуумні насоси;
• джерело живлення;
• міцні трубки, здатні витримати високий тиск;
• комп'ютер для керування;
• датчики;
• софт, що дозволяє відправляти та перетворювати відомості з датчиків для потрібної роботиклапанів.

Як приблизно працюватиме ця композиція:

1. Один насос повинен збільшувати тиск у системі, інший – зменшувати.
2. Робота клапанів залежить від тиску в барокамерах, підвищення/зниження якого і керуватиме системою.
3. Розташування датчиків (проти руху кінцівок): шість - руки, чотири - спина, три - ноги, два стопи (загалом понад 30).
4. Комп'ютерне забезпечення має виключити тиск на датчики.
5. Сигнали датчиків потрібно підрозділити на умовні (інформація з них корисна, якщо безумовний датчик не "говорить" про тиск, що випробуваний ним) і безумовні. Умовність/безумовність цих елементів може визначати, наприклад, акселерометр.
6. Руки екзоскелета - трипалі, відокремлені від зап'ястя оператора, - щоб унеможливити травми та надати додаткову міцність.
7. Джерело живлення вибирається після складання та пробної апробації екзоскелету.

Поки що лише у сфері реабілітації вже починають входити в наше життя. Виникають винахідники, здатні спорудити такий пристрій поза лабораторією. Цілком можливо, що найближчим часом будь-який школяр зможе зібрати екзоскелет Сталкера своїми руками. Вже можна передбачити, що за такими системами – майбутнє.

Екзоскелет своїми руками

Як можна самостійно реалізувати екзоскелет.

Щоб він був дико сильний слід як я розумію зупинитися на гідравліці.
Щоб працювала гідравлічна система, потрібні:

-міцний та рухливий каркас
-мінімально необхідний набіргідравлічних поршнів (назву їх "м'язами")
-Два вакуумного насоса, дві барокамери із системою клапанів з'єднані трубкою.
-трубки, здатні витримати високий тиск
-джерело харчування екзоскелета
Щоб керувати системою клапанів:
-Невеликий дохлий комп'ютер
-близько 30 датчиків з сімома (наприклад) ступенями пропорційними ступеням відкритості клапанів
-спеціальна програма здатна вважати стани датчиків та відправити відповідні команди клапанам.

Для чого все це потрібно:

-"м'язи" і каркас власне це весь опорно-руховий апарат.
-Вакуумні насоси. чому два? щоб один збільшував тиск у барокамерах трубах та м'язах, а другий зменшував.
-барокамери з'єднані трубкою в одній тиск збільшувати в другій знижувати, а трубку оснастити клапаном, що відкриваються тільки в двох випадках: вирівнювання тиску, забезпечення холостого ходурідини.
-Клапани. це проста і ефективна системауправління, яка буде залежати від тиску в барокамері та управління комп'ютером. підвищуючи тиск у барокамері відкривши клапани каналів "напружених м'язів" дозволить здійснювати ті чи інші дії підвищуючи тиск на гідравлічні поршні, рухаючи частини скелета (каркаса).

Датчики, чому приблизно тридцять по дві на стопи, по три на ноги, по шість на руки і 4 для спини. як їх розташувати? проти руху кінцівок. щоб нога, що висувається вперед, тиснула зсередини на екзоскелет і на датчик на внутрішній його стороні. далі поясню чому саме так.
комп'ютер з програмою. головне завдання комп'ютера і програми зробити так, щоб датчики не зазнавали тиску, тоді людина всередині не відчуватиме зайвого опору екзоскелета, який прагнутиме повторити рухи людини незалежно від активності нервів, м'язів або ще якихось біометричних показників, тим самим дозволить використовувати набагато дешевші. датчики, ніж у високотехнологічних екзоскелетах. сигнали датчиків для комп'ютера повинні бути розділені на дві групи: з безумовним керуванням гідравлічною системоюі прийняті лише за умови, що протилежний йому датчик з безумовним управлінням не відчуває тиску. Ця реалізація утримає ногу уперту коліном у землю від автоматичного розгинання, якщо людина сама її не розігне. Але для цього доведеться людині всередині екзоскелета піднімати ногу від землі (або потрібно програмно знизити чутливість датчиків, що спрацьовують з умовою). На прикладі ноги: датчики з безумовним сигналом розташувати з фронтального боку, з безумовним з тильною. самі уявіть як здійснюватиметься рух. при згинанні ноги людиною, нога екзоскелета зігнеться навіть якщо вся вага людини буде на датчиках, що розгинають ногу. Тут за допомогою акселерометра (або іншого апарату аналогічного вестибулярному) програмно можна задати зміну безумовності сигналів датчиків залежно від положення тіла в просторі, виключивши скручування екзоскелету при падінні на спину.

Далі руки-для збільшення сили зробити трипалими, міцними, можна поєднати гідравліку та металевий трос. рука має бути окремо від людської, тобто перед зап'ястковим суглобом, це виключить конструктивні складнощі пов'язані зі знаходженням руки людини в руці екзоскелета і не дозволить травмувати людську руку, а так само як і стопа людини повинна бути на гомілковостопному суглобі екзоскелета і захищена.
-Управління рукою. трохи вільного просторудля двох третин свободи руху кисті та пальців руки людини в руці екзоскелета та система з трьох кілець на тросиках, три пальці від мізинця до середнього в одне, вказівний в інше та великий у третє. все керування зводиться до того, щоб пальці людини пересуваючи кільце, яке на них надіте, тросиком прокручували колесо датчика, залежно від повороту якого згиналися та розгиналися пальці екзоскелета. це виключить зайве зусиллягідравліки на розгинання або згинання пальців руки екзоскелету понад його конструктивні можливості. на два кільця використати по одному тросику, на одне-два. Чому? тому що пальці від мізинця до вказівного потрібно згинати і розгинати тільки в одному напрямку великий палецьу двох. Якщо бажаєте, можете перевірити на власних руках.

Джерело живлення екзоскелета- Ось з цим знову таки виходить моторошна мудятина. Вибирати джерело живлення потрібно лише після добутку всіх необхідних розрахунків, максимальної оптимізації конструкції екзоскелету та вимірювання його енергоспоживання