Экзоскелет своими руками
Как можно самостоятельно реализовать экзоскелет.
Чтобы он был дико силён следует как я понимаю остановиться на гидравлике.
Чтобы работала гидравлическая система нужны:
-прочный и подвижный каркас
-минимально необходимый набор гидравлических поршней (назову их "мышцами")
-два вакуумных насоса, две барокамеры с системой клапанов соединённые трубкой.
-трубки, способные выдержать высокое давление.
-источник питания
экзоскелета
Чтобы управлять системой клапанов:
-Небольшой дохлый компьютер
-около 30 датчиков с семью(например) степенями пропорциональными степеням открытости клапанов
-специальная программа способная считать состояния датчиков и отправить соответствующие команды клапанам.
Для чего всё это необходимо:
-"мышцы" и каркас собственно это весь опорнодвигательный аппарат.
-вакуумные насосы. почему два? чтобы один увеличивал давление в барокамерах трубах и мышцах, а второй уменьшал.
-барокамеры соединённые трубкой. в одной давление увеличивать во второй понижать, а трубку оснастить клапаном открывающимися только в двух случаях:выравнивание давления, обеспечение холостого хода жидкости.
-клапаны. это простая и эффективная система управления, которая будет зависеть от давления в барокамере и управления компьютером. повышая давление в барокамере открыв клапаны каналов "напрягаемых мышц" позволит осуществлять те или иные действия повышая давление на гидравлические поршни, двигая части скелета(каркаса).
Датчики, почему примерно тридцать?по две на стопы, по три на ноги, по шесть на руки и 4 для спины. как их расположить? против движения конечностей. чтобы выдвигаемая вперёд нога давила изнутри на экзоскелет и на датчик на внутренней его стороне. далее объясню почему именно так.
-компьютер с программой. главная задача компьютера и программы сделать так, чтобы датчики не испытывали давления, тогда человек внутри не будет ощущать лишнего сопротивления экзоскелета, который будет стремиться повторить движения человека не зависимо от активности нервов, мышц или ещё каких биометрических показателей, тем самым позволит использовать гораздо более дешёвые датчики, чем к примеру в высокотехнологичных экзоскелетах. сигналы датчиков для компьютера должны быть разделены на две группы:с безусловным управлением гидравлической системой и принимаемые только при условии что противоположный ему датчик с безусловным управлением не испытывает давления. Эта реализация удержит ногу упёртую коленом в землю от автоматического разгибания если человек сам её не разогнёт. Но для этого прийдётся человеку внутри экзоскелета приподнимать ногу от земли(либо нужно программно снизить чувствительность датчиков срабатывающих с условием). На примере ноги: датчики с безусловным сигналом расположить с фронтальной стороны, с безусловным с тыльной. сами представьте как будет осуществляться движение. при сгибании ноги человеком, нога экзоскелета согнётся даже если весь вес человека будет на датчиках разгибающих ногу. Здесь при помощи акселерометра(либо другого аппарата аналогичного вестибулярному) программно можно задать изменение безусловности сигналов датчиков в зависимости от положения тела в пространстве, исключив скрючивание экзоскелета при падении на спину.
Далее руки-для увеличения силы сделать трёхпалыми, прочными, можно совместить гидравлику и металлический трос. рука должна быть отдельно от человеческой, то есть перед запястным суставом, это исключит конструктивные сложности связанные с нахождением руки человека в руке экзоскелета и не позволит травмировать человеческую руку, а равно как и стопа человека должна быть на голеностопном суставе экзоскелета и защищена.
-управление рукой. немного свободного пространства для двух третей свободы движения кисти и пальцев руки человека в руке экзоскелета и система из трёх колец на тросиках, три пальца от мизинца до среднего в одно, указательный в другое и большой в третье. всё управление сводится к тому, чтобы пальцы человека передвигая кольцо, которое на них надето, тросиком прокручивали колесо датчика, в зависимости от поворота которого сгибались и разгибались пальцы экзоскелета. это исключит лишнее усилие гидравлики на разгибание или сгибание пальцев руки экзоскелета сверх его конструктивных возможностей. на два кольца использовать по одному тросику, на одно-два. Почему? по тому что пальцы от мизинца до указательного нужно сгибать и разгибать только в одном направлении а большой палец в двух. Если хотите, можете проверить на собственных руках.
Источник питания экзоскелета - вот с этм опять таки выходит жуткая мудятина. Выбирать источник питания нужно только после произведения всех необходимых расчётов, максимальной оптимизации конструкции экзоскелета и измерения его энергопотребления.
Экзоскелеты помогающие парализованным ходить, делающие тяжёлаю работу лёгкой, защищающие солдат на поле боя и дающие нам суперспособности.
1. Activelink Power Loader
Получивший своё имя в честь знаменитого экзоскелета из фильма «Чужие», Activelink Power Loader разработан, для того, чтобы облегчить тяжелый ручной труд владельца вне зависимости от его возраста, пола и комплекции, и призван «создать общество без ограничений» согласно пресс релизу Activelink, дочерней компании известного японского производителя электроники Panasonic.
2. HAL
HAL (Hybrid Assistive Limb) механический экзоскелет из Японии, разработанный Cyberdine Inc . (да-да, прям как те ребята, из-за которых всё началось в Терминаторе), был создан как прототип в 1997 году, а сейчас используется в японских госпиталях, для помощи тяжелобольным в их повседневной деятельности. Также известно, что HAL использовался японскими строителями и даже спасателями во время ликвидации аварии на Фукусиме-1 в 2011.
3. Ekso Bionics
14. Проект «Walk Again»
Чемпионат мира по футболу 2014 в Бразилии открывал Жулиано Пинто, парализованный ниже пояса, ему было предоставлено право сделать первый удар по мячу Кубка мира. Это стало возможным благодаря экзоскелету, подключенного напрямую к его мозгу, разработанному Университетом Дьюка. Это событие часть проекта «Walk Again», созданного командой из 150 человек во главе с известным неврологом и ведущей фигурой в области мозго-машинных интерфейсов, доктором Мигелем Николелисом. Жулиано Пинто просто думал о том, что хочет пнуть мяч, экзоскелет фиксировал активность мозга и активировал необходимые для движения механизмы.
Помню, как посмотрев «Аватар», совершенно обалдел от показанных там экзоскелетов. С тех пор, думаю, что за этими умными железками будущее. Еще очень хочется к этой теме свои не той стороной заточенные ручонки приложить. Тем более, что если верить аналитическому агентству ABI Research, объем мирового рынка экзоскелетов к 2025 году составит $1,8 млрд. На данном этапе не будучи технарем, инженером, архитектором и программистом, нахожусь в некотором замешательстве. Думаю, как к этой теме подступиться. Буду рад, если в комментариях к статье отметятся люди, которым потенциально было бы интересно в подобных проектах поучаствовать.
Сейчас на рынке экзоскелетов работают четыре ключевые компании: американская Indego, израильская ReWalk, японские Hybrid Assistive Limb и Ekso Bionics. Средняя стоимость их продукции от 75 до 120 тыс. евро. В России люди тоже не сидят без делала. Например, компания «Экзоатлет » активно работает над медицинскими экзоскелетами. 
Первый экзоскелет был совместно разработан General Electric и United States military в 60-х, и назывался Hardiman. Он мог поднимать 110 кг при усилии, применяемом при подъёме 4,5 кг. Однако он был непрактичным из-за его значительной массы в 680 кг. Проект не был успешным. Любая попытка использования полного экзоскелета заканчивалась интенсивным неконтролируемым движением, в результате чего он никогда полноценно не испытывался с человеком внутри. Дальнейшие исследования были сосредоточены на одной руке. Хотя она должна была поднимать 340 кг, её вес составлял 750 кг, что в два раза превышало подъемную силу. Без получения вместе всех компонентов для работы практическое применение проекта Hardiman было ограничено.
Дальше будет краткое повествование о современных экзоскелетах, которые так или иначе вышли на уровень коммерческой реализации.
1. Самостоятельная ходьба. Не требует костылей или иных средств для стабилизации, оставляя при этом руки свободными.
4. Экзоскелет для ног позволяет: встать\присесть, повернуться, идти назад, стоять на одной ноге, идти по лестнице, ходить по различным, даже наклонным поверхностям.
5. Устройством очень легко управлять – все функции активируются при помощи джойстика.
6. Прибор можно использовать весь день, благодаря высокоемкостному съемному аккумулятору.
7. При небольшом весе REX составляющем всего 38 килограмм, он выдерживает пользователя весом до 100 килограммов и с ростом от 1,42 до 1,93 метров.
8. Удобная система фиксации не вызывает никакого дискомфорта даже, если вы носите его целый день.
9. Также когда пользователь не двигается, а просто стоит REX не тратит заряд аккумулятора.
10. Доступ в здания без пандусов, благодаря возможности ходить по лестнице без посторонней помощи.
HAL
HAL (Hybrid Assistive Limb ) – представляет собой роботизированный экзоскелет с верхними конечностями. На данный момент разработано два прототипа - HAL 3 (восстановление двигательной функции ног) и HAL 5 (восстановление работы рук, ног и торса). При помощи HAL 5 оператор способен поднимать и переносить предметы, в пять раз превышающие по массе максимальную нагрузку при обычных условиях.Цена в России : обещали за 243 600 рублей . В информацию подтвердить не удалось.
Возможности и технические характеристики:
1. Вес устройства 12 кг.
3. Устройство может работать от 60 до 90 минут без подзарядки.
4. Экзоскелет активно применяется реабилитации пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний.
Rewalk
Rewalk - экзоскелет, позволяющий ходить людям, страдающим параличом нижних конечностей. Подобно наружному скелету или биоэлектронному костюму, устройство ReWalk при помощи специальных датчиков определяет отклонения в равновесии человека, а затем трансформирует их в импульсы, нормализующие его движения, что позволяет человеку ходить или стоять. ReWalk уже доступен в Европе, а на сегодняшний день одобрен FDA в Соединенных Штатах.Цена в России: от 3,4 млн. рублей (под заказ).
Возможности и технические характеристики:
1. Вес устройства 25 кг.
2. Экзоскелет может выдержать до 80 кг.
3. Устройство может работать до 180 минут без подзарядки.
4. Время зарядки батареи 5-8 часов
5. Экзоскелет активно применяется реабилитации пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний.
Ekso bionic
Ekso GT - это ещё один проект экзоскелета, который помогает людям с тяжёлыми заболеваниями двигательного аппарата, вновь обрести возможность передвигаться.Цена в России: от 7,5 млн. рублей (под заказ).
Возможности и технические характеристики:
1. Вес устройства 21,4 кг.
2. Экзоскелет может выдержать до 100 кг.
3. Максимальная ширина бедер: 42 см;
4. Масса батареи: 1,4 кг;
5. Размеры (ВхШхГ): 0,5 х 1,6 х 0,4 м.
6. Экзоскелет активно применяется реабилитации пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний.
DM
DM (Dream machine ) – гидравлический автоматизированный экзоскелет с голосовой системой управления.Цена в России: 700 000 рублей.
Возможности и технические характеристики:
1. Вес устройства 21 кг.
2. Экзоскелет должен выдерживать вес пользователя до 100 кг.
3. Сфера применения может быть значительно шире, чем реабилитация пациентов с патологией моторных функций нижних конечностей из-за нарушений центральной нервной системы или как следствие нейромышечных заболеваний. Это может быть промышленность, строительство, шоу-бизнес и индустрия моды.
Вопросы для обсуждения:
1. Каков оптимальный состав команды проекта?
2. Какова стоимость проекта на начальном этапе?
3. Каковы подводные камни?
4. Каким вам видится оптимальный срок реализации проекта от идеи до коммерческого старта?
5. Стоит ли начинать подобный проект сейчас и почему?
6. Какой должна быть география и экспансия на рынок?
7. Лично вы готовы принять участие в подобном проекте и если да, то в каком качестве?
З.Ы. Буду признателен за конструктивную дискуссию, мнения, доводы и аргументы за и против в комментариях. Уверен, что не я один такой в раздумьях. Между тем, я уверен, что экзоскелет – это новый iPhone в мировой массовой культуре на горизонте ближайших десяти лет.
