Lockheed Martin'in dış iskeleti HULC (İnsan Üniversal Yük Taşıma Sistemi) her türlü arazide yoğun kullanım için yaratılmıştır. Sahibinin çömelmesine, taramasına, yürümesine ve sorunsuz çalışmasına izin veren insan biyomekaniğini oldukça iyi yansıtır.
Piyade yükleri taşırken, ekipman ve silahlarla uğraşırken, zorlu arazilerin üstesinden geldiğinde, hareketlilik, uygulama hızı ve dayanıklılığı, hiçbir araç tarafından geçilemeyecek bir kombinasyon halinde sergilerler. Bununla birlikte, kas-iskelet sistemi yaralanmaları sonucu askerlerin sağlık nedenlerinden dolayı ordunun demobilize edilme hızı, vücutlarına verilen fiziksel taleplerin yaklaşmakta ve çoğu zaman nesnel olarak dayanabileceklerini aşmaktadır. Bu nedenle, bugün insan vücudunun biyomekaniği hakkında derinlemesine bir anlayış oluşturmak her zamankinden daha önemlidir. Yaralanma riskini azaltmak, üretkenliği artırmak ve sakatlıkla sonuçlanan hasarı azaltmak için insan biyomekaniği ile çalışan giyilebilir sistemler oluşturmada biriken bilgi ve deneyimi kullanan dünya çapında araştırmalar yapılmaktadır.
İnsan vücudunun yeteneklerini ve sınırlarını anlamak, ergonomide önemli bir rol oynamıştır ve her türlü araç ve makinenin çalışmasını daha güvenli, daha kolay ve daha verimli hale getirmiştir ve bilim ve teknoloji ilerledikçe, bu insan-makine arayüzü daha da kolaylaşır. Bunun nihai düzenlemesi - insanların ve robotların cyborg-yeni varlıklarda birleştirilmesi - bilim kurgudaki en popüler konulardan biri ve bilimsel gerçekliğe beklenenden daha yakın.
Siberlerin gerçekliği
Biyomekanik alanındaki araştırma çalışmaları arasında, kendisini Gine domuzu olarak kullanan Reading Üniversitesi'nden Sibernetik Profesörü Kevin Warwick tarafından yapılan ve implantlarla ilgili ünlü yenilikçi deneylere dikkat çekiliyor. 1'taki Cyborg 1998 projesinde, genel pratisyen sol elinde 23 mm uzunluğunda ve 3 mm çapında (aslında bir radyo frekansı tanımlama cihazı RFID) bir radyo vericisi yerleştirdi. Bu implantasyon ilk kez yapıldı. Sorgulayıcıyı yöneten başarılı bir dokuz günlük deneyde implant, kapıları açmak, ışıkları açmak ve kapatmak, ısıtıcılar ve bilgisayarları kullanmak için kullanılan kodlu bir sinyal verdi.
2'teki Cyborg 2002 projesinin bir parçası olarak, Oxford hastanesindeki bir grup beyin cerrahı, Profesör Warwick'in implantının ortanca sinir liflerine cerrahi olarak 100 elektrotlarının çok daha karmaşık bir matrisi ile implante etmek için karmaşık bir ameliyat geçirdi. Mark Gasson liderliğindeki bir ekip tarafından geliştirilen implant teknolojisi, Warwick'e elektrikli bir tekerlekli sandalye ve "akıllı" bir yapay kolu kontrol etmesine izin verdi. İmplant eldeki sinir sinyallerini ölçebilir ve sinirleri ayrı ayrı matris elektrotlarla uyararak yapay bir his yaratabilir. Profesör Warwick'in karısı da deneyde yer almaya karar verdi ve aynı implant eline implante edildi, bu da çiftin bu teknolojinin iki yönlü işlevselliğini göstermesini sağladı.
Bu çalışma, sinir sisteminin insan biyomekaniklerini taklit eden mekanik bir cihazı kontrol etme yeteneğini gösterse de, başka bir çalışma, elektrikli implantların, daha önce düzeltmesi imkansız olduğu düşünülen sinir sistemine verilen hasarın üstesinden gelmeye nasıl yardımcı olabileceğini gösterdi. Louisville Üniversitesi'nden Dr. Harkem, göreceli olarak basit bir implantın omuriliğe yapılan “tam” hasara rağmen hareketi nasıl geri getirebileceğini gösterdi. Harkem ve ekibi, motokros kazasında beş yıldan kısa bir süre sonra felce uğramış bir erkekte durma duyarlılığını, hareketini ve kabiliyetini geri kazandıran, 16 ile temas eden epidurial (dura mater dışında) stimülatörünü kullanarak 16 yıl. Uyarıcı açıldığında, Kent Stevenson bacaklarını ve ayak bileklerini kendi takdirine bağlı olarak hareket ettirebilir ve yoğun pratikle gelişen yetenekleri üzerinde durabilirdi. İmplant, omuriliğin bozukluklarını düzeltmek veya ortadan kaldırmak yerine, omuriliğin altında bulunan sağlıklı sinirleri uyarır.
Spinal tahriş edici
“On yıllardır, neredeyse bir yüzyıldır, diğer tüm biyolojik türlerde, omuriliğin çok karmaşık bir sistem olduğunu ve aslında hareketliliğin tüm yönlerini (nesnenin uzayda hareket ettiği bir dizi koordineli hareketler) kontrol ettiğini biliyoruz. Harkem, “İnsanlar evrimleştiklerinde ve fantastik beynimizi aldığımızda, tüm kontrolü ele aldığı iddia ediliyor,” diyor Harkem. - Bu nedenle, araştırmam gerçekten insan omuriliğinin bu özellikleri sağlayıp sağlamadığını ve bu işlevleri yerine getirip getirmediğine odaklandı. Bu, omurilik zedelenmesi olan bir kişi için, beyinle tam ve açık bir “açılış” olsa bile, sinir sisteminde kalanlarla çok şey yapabileceğimiz anlamına geliyor. ”
“Tüm hareketlerin omurilik seviyesinde kontrol edilebileceği ortaya çıkabilir,” diye devam ediyor Dr. Harkema, beynin tüm hareketleri ayrıntılı olarak kontrol etmekten ziyade daha yüksek düzeyde komutlar verdiğini ve çok zayıf sinyallerin hasardan geçmesi veya atlaması gerektiğini savunarak devam ediyor. “Bu insanları eğitme sürecine devam ettikçe, ihtiyacımız olan stimülasyon yoğunluğu azalmakta, bu yüzden sinir sisteminin uyum sağladığına inanıyoruz.”
Biyomekanik ve biyoelektronik cihazlar, engelli insanların fiziksel yeteneklerini artıran protetik uzuvlar ve implantlar kullanıldığında giderek daha etkili hale gelirken, insan yeteneklerini iyileştirmek için ilgili ve ilgili teknolojilerin potansiyeli, artan bir coşku ile araştırılmaktadır. Bunun en heyecan verici tezahürü, dış iskelet ve onların akrabaları, nispeten yeni bir “yumuşak robotizasyon” alanını temsil eden dış mekânlar.
Makinelerin Yükselişi
Exoskeletons, bir kişinin ağır yükleri kaldırmasını ve taşımasını, daha hızlı hareket etmesini ve bu tür yüklerle performansını sürdürmesini sağlar, aksi halde sadece yardım almadan kaldıramazsınız. Pasif (veya bir güç kaynağı olmadan) dış iskeletler kullanıcının ağır yükleri gerilim olmadan desteklemesine izin verir, ancak ekstra güç vermez. Lockheed Martin ve Raytheon askeri dış iskelet teknolojisinde çok aktiflerdi. Bunlardan ilki, ABD Ordusu tarafından savaş koşullarında kullanılmak üzere değerlendirilen pil gücüne sahip HULC sistemini (İnsan Evrensel Yük Taşıyıcısı - insanlar için evrensel taşıyıcı yapı) geliştirdi. Güç beslemesiz ikinci FORTIS sistemi endüstriyel kullanım için tasarlanmıştır. Raytheon XOS 1 şirketinin deneysel konseptini test etmeye yönelik bir proje, XOS 2 olarak adlandırılan tüm vücut için bir sistemle sonuçlandı.
18 Ağustos 2014, Lockheed Martin, Ulusal Teknoloji Bilimi Merkezi'nden iki FORTIS exoskeletonunun Deniz Piyadeleri tarafından değerlendirilmesi için bir sözleşme aldığını açıkladı. Bu çalışmaların temel amacı, Amerikan Donanması tersanelerinde el aletleri ile çalışırken testler yapmak ve bu sistemin kullanımını değerlendirmek, teknolojinin geliştirilmesi ve Savunma Bakanlığı'nın sanayi üssüne geçişinin örgütlenmesidir.
FORTIS pasif dış iskeleti, diğer şeylerin yanı sıra kullanıcının normal şekilde yürümesine izin veren eklemli bacaklardan zemine büyük yükleri aktaran sert bir pelvik kuşağından oluşur. Pelvik kayışa sabitlenmiş menteşeli bir kol, ağır el aletlerinin ağırlığını destekler ve kullanıcının asgari yorgunluk ile uzun süre çalışmasını sağlar. Teknik açıdan bakıldığında, yaylı kol menteşeleri, insan kolundakilere benzer, böylece kullanıcı normal şekilde hareket edebilir.
Lockheed Martin Missiles ve Fire Control'deki yeni yönlendirme müdürü Adam Miller, “Gemi bakımı genellikle taşlama makineleri, perçinleme çekiçleri veya kumlama makineleri gibi ağır aletler gerektirir” dedi. Bu araçlar, operatörlerin ağırlıkları ve bazen çalışmak zorunda oldukları kısıtlı koşullar nedeniyle çok fazla güç harcarlar. FORTIS dış iskeletini takarken, operatörler uzun süre ağır enstrümanlarla çalışabilir, yorgunlukları belirgin şekilde azalır. "
FORTIS, sahibinin ayakta dururken veya diz çökerken çalışmasına izin verirken, ABD'li bir şirket olan Equipois tarafından geliştirilen zeroG kolu, aletleri veya 16,3 kg'a kadar olan ağırlıkları “zahmetsizce” kullanmanıza izin verir. Şirket Lockheed Martin, kas yorgunluğunun% 300 oranında azaldığını ve iş gücü verimliliğinin ikiden 27 arasında arttığını açıkladı.
Revizyon, dış operasyon teknolojisini, özel harekat kuvvetleri kullanan ABD TALOS (Taktik Assault Hafif Operatör Elbisesi - özel kuvvetler için hafif bir kit) komutunda kullanılmak üzere uyarladı. Bir diğer PROWLER sistemi, Kanadalı firma B-tema tarafından geliştirilmiştir ve alt ekstremitelerin dış iskeleti olarak hizmet eder.
Raytheon'un XOS 2 dış iskeleti harici bir kaynaktan besleniyor, bu yüzden bir araca bağlı, ancak şirket zaten kendi bataryası olacak daha düşük bir gövde seçeneği geliştirdiğini duyurdu.
Eski fikir, yeni teknoloji
Ordu için aktif (kendi enerji kaynağı olan) dış iskeletler üzerinde yapılan çalışmalar on yılı aşkın bir süredir devam etmektedir. İlk örnekler, General Electric ve Deniz Araştırmaları Ofisi arasında HARDIMAN adlı bir cihaz geliştirmek için işbirliğini içeriyor. Bu işbirliği 1965 yılında ordunun ortak programı olarak başladı ve filo. Belki de Robert Heinlein'in 1959 bilim-kurgu romanı Star Troopers'da ayak askerlerinin giydiği kostümlerden ilham aldı. Uçak gemilerine silah ve diğer ağır işler yüklemek gibi görevler için tasarlanan HARDIMAN, 680,3 kg ağırlığındaki yükleri kaldırabilir; ancak operatörün neler olduğunu hissetmesini sağlamak için güç geribildirimi vardı. Ancak, HARDIMAN da 600 kg ağırlığındaydı ve kontrol sistemindeki gecikmeler onu pratik yapmıyordu.
Raytheon’un XOS 2 dış iskeleti, lojistik çalışma için tasarlandığı şekilde HARDIMAN konseptine en çok benziyor, ancak aynı zamanda modern teknolojiler de onu daha pratik hale getiriyor. Tam boyutlu konfigürasyonunda, kullanıcının 90,7 kg'yi yorgun hissetmeden birkaç yüz kez kaldırmasına izin veren ve üç inçlik bir kartı döngüsel modda tekrar tekrar delebilen hidrolik tahrikli eller bulunur. Bununla birlikte, şirket "sahibinin bir futbol topuyla oynamasına, bir boks torbasını atmasına veya merdiven ve rampalara kolayca tırmanmasına izin verecek kadar hareketli ve zarif" olduğunu belirtti. Raytheon Sarcos, Eylül 2’te XOS 2010 dış iskelesini sergilediğinde, şirketin başkan yardımcısı, istikrarlı bir fonla, beş yıl süreyle konuşlandırılabileceğini söyledi.
Lockheed Martin'in HULC elektro-hidrolik dış iskeleti bir güç kaynağına sahiptir ve buna bağlı olarak, yükün ağırlığını 90,7 kg'a kadar artı kendi 24 kg'ını zemine titanyum ayaklardan ileten bağlı bir kabloya sahip değildir. HULC dış iskeletinin biyomekanik testleri, 2011 sırasında ABD Ordusu askerleri üzerinde Natik Araştırma Merkezi'ndeki ABD Ordusu askerleri üzerinde gerçekleştirildi ve sonuçları, “simüle edilmiş bir savaş alanında bir dizi saha gezisi” olarak tanımlanan şeye geçiş için kullanıldı ve faydası hakkında bir sonuç çıkardı.
Harvard Üniversitesi'nde belirtildiği gibi "Soft Exosuit için umut vaat eden seçenekler sınırlı hareketliliğe sahip insanlara yardım edebilir"
Özel harekat kuvvetleri komutanlığı ve Ajans DARPA'nın dış iskeletleri
Dış iskelet teknolojisi, tüm vücudun hafif ve daha etkili balistik korumasını ve “insan yeteneklerinin ötesinde” gücünü birleştiren bir çalışma olan TALOS programının bir parçasıdır. TALOS, özel harekat kuvvetlerinin komutanı Amiral William Macreyven'in beynidir. TALOS, 56 şirketlerinden, 16 devlet kurumlarından, 13 üniversitelerinden ve 10 ulusal laboratuvarlarından birçok teknolojiyi bir araya getiren bir prototipin geliştirilmesini hızlandırmıştır. Yılın Haziran 2015'inde üç pasif (gevşek) prototip teslim edilecek ve sistemin kullanılabilirliği Ağustos 2018 tarafından bekleniyor.
Biyomekanik teknolojisi adayları hakkında bazı özel detaylar vardı, ancak en ilginçlerinden biri DARPA Warrior Web programının bir parçası olarak geliştirilen Soft Exosuit projesi. Ajans, kıyafet altında giyilebilecek Soft Exosuit exosuit'in daha da geliştirilmesi için 2,9 milyon dolar değerinde Harvard Üniversitesi sözleşmesi imzaladı. Askerlerin uzun mesafeler seyahat etmelerini, yorgunluğu azaltmalarını ve ağır yük taşırken yaralanma riskini en aza indirmelerini sağlar.
Önceki çalışmalar, üniversitenin derin bir insan yürüme biyomekaniği anlayışından ilham alan “giyilebilir bir robot” tasarlama ve yaratma konusunda kökten yeni bir yaklaşım olarak adlandırdığı kavramını test etmemizi sağlamıştır. Soft Exosuit teknolojisi, üniversitenin “insan ve makine arasında sezgisel ve kusursuz bir etkileşime izin veren tamamen yeni fonksiyonel dokuma formları, esnek motor sistemleri, yumuşak sensörler ve kontrol stratejileri” olarak tanımladığı gelişimi geliştirmeyi şart koşuyor.
Tasarım ekibine başkanlık eden Connor Volsh, “Giyilebilir bir robot fikri yeni olmasa da, yaratılmasına yaklaşımımız kesinlikle yenilikçi” diyor.
Yürürken bacakların kaslarını ve tendonlarını taklit eden kıyafet, eklem hareketlerinde herhangi bir hareket kısıtlaması olmadan küçük ama “dikkatlice senkronize edilmiş” bir yardım sağlar. Mevcut prototiplerden biri, alt gövdenin etrafındaki çeşitli boşaltma kayışları ile ayırt edilir. Bu kayışlar, düşük güçlü bir mikroişlemci ve kullanıcının vücudunun konumunu ve hareketlerini toplu olarak izleyen bir esnek gerilim ölçer ağı barındırmaktadır. Bununla birlikte, katı dış iskeletin aksine, Soft Exosuit, görünüşe göre yükü zemine aktarmaz.
Askerlerin getirdiği yüklerin daha hafif olması muhtemel olmamakla birlikte, insan biyomekaniği ve bununla ilişkili yeni teknolojilerin anlaşılması, yaralanmalara neden olan yük de dahil olmak üzere yükünü hafifletecektir.
Kullanılan malzemeler:
www.monch.com
www1.iwr.uni-heidelberg.de
www.lockheedmartin.com
www.raytheon.com