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

Точно по протоколу Точно по протоколу

Восстанавливаем хронологию всемирно известных криминальных происшествий

P.I.C. Partner In Crime
Больше энергии Больше энергии

14 советов, как разбудить организм, если все время хочется спать

Лиза
Александр Чулок: «Ведь не граблями и вилами строить новую экономику» Александр Чулок: «Ведь не граблями и вилами строить новую экономику»

Заглядываем в будущее вместе с экономистом и прогнозистом Александром Чулоком

РБК
Миры робинзонады Миры робинзонады

Авторы романов-робинзонад отправляли своих героев на уже известные острова

Вокруг света
И никакой боли! И никакой боли!

8 упражнений, которые облегчат боль в спине

Лиза
Чем полезны креветки: четыре свойства Чем полезны креветки: четыре свойства

Креветки — источник важных витаминов и минералов, но каких именно?

РБК
Дрифт Дрифт

Как живет династия дрифтеров

Men Today
У меня лапки У меня лапки

Паралич воли: что делать с выученной беспомощностью

Новый очаг
Вышел корейский триллер «День похищения». MAXIM публикует эксклюзивный отрывок Вышел корейский триллер «День похищения». MAXIM публикует эксклюзивный отрывок

Отрывок из национального бестселлера Южной Кореи

Maxim
Холодная красота «Дюны: часть вторая»: каким получился новый фильм Дени Вильнева Холодная красота «Дюны: часть вторая»: каким получился новый фильм Дени Вильнева

Как канадский режиссер Дени Вильнев продолжает сагу «Дюны» спустя три года

Правила жизни
Издательский бизнес с энтузиазмом 1990-х: как Анна Штейнман управляет «Фантом Пресс» Издательский бизнес с энтузиазмом 1990-х: как Анна Штейнман управляет «Фантом Пресс»

Как Анна Штейнман открывала и вела издательский бизнес в 1990-х

Forbes
Парень избил двух девушек из-за цвета волос: почему ненавидят за внешность Парень избил двух девушек из-за цвета волос: почему ненавидят за внешность

Почему чужая внешность становится причиной конфликтов между людьми?

Psychologies
Выброшенные деньги: выпускники вузов все чаще не могут найти работу по профилю Выброшенные деньги: выпускники вузов все чаще не могут найти работу по профилю

Насколько важно для недавних студентов найти «правильную» работу

Forbes
Как вылечить робота Как вылечить робота

На участке окончательной приемки врач пытается реанимировать пациента-андроида.

ТехИнсайдер
Великий «щупальщик»: как художник Илья Репин работал со своими учениками и ученицами Великий «щупальщик»: как художник Илья Репин работал со своими учениками и ученицами

В чем заключался преподавательский метод Репина?

Forbes
Второе непришествие Второе непришествие

Обновленная Skoda Octavia – что осталось за кадром

Автопилот
Что такое фаркоп. Нужно ли его регистрировать и как правильно оформить Что такое фаркоп. Нужно ли его регистрировать и как правильно оформить

Все о фаркопе: виды, правила установки, штрафы

РБК
Как выглядел бы Марс, будь он пригодным для жизни Как выглядел бы Марс, будь он пригодным для жизни

Возможно ли на планете размером с Марс возникновение условий для жизни?

Наука и техника
Настроения на подъеме Настроения на подъеме

Почему растет потребительская активность россиян

Деньги
Парадоксы «кроличьей норы» Парадоксы «кроличьей норы»

Что случится, если упасть в туннель, проходящий Землю насквозь через её центр?

Наука и жизнь
Боязнь детей и кукол: 5 фобий, с которыми будет непросто стать матерью Боязнь детей и кукол: 5 фобий, с которыми будет непросто стать матерью

Собрали все «антидетские» фобии. От них страдают даже знаменитости!

Psychologies
Если ребёнок простудился Если ребёнок простудился

Почему дети болеют, и как им помочь быстрее поправиться?

Здоровье
Как оставить мысли о работе за порогом дома: 6 советов нейропсихолога Как оставить мысли о работе за порогом дома: 6 советов нейропсихолога

Как перестроиться на «домашний» лад и оставить все рабочие мысли на работе?

Psychologies
Человек на радиоуправлении Человек на радиоуправлении

Нейроинтерфейсами начали заниматься в российской «Моторике»

ТехИнсайдер
Прослушка: TumaniYO — об астраханском рэпе, рагге, MiyaGi и Эндшпиле Прослушка: TumaniYO — об астраханском рэпе, рагге, MiyaGi и Эндшпиле

TumaniYO — о том, чем отличается астраханский и владикавказский рэп

Правила жизни
Простые способы сохранить зелень свежей в холодильнике Простые способы сохранить зелень свежей в холодильнике

Эффективные способы продлить свежесть зелени

ТехИнсайдер
Самка бонобо попила воду из пустого стручка колы Самка бонобо попила воду из пустого стручка колы

Редкий случай использования инструментов дикими бонобо

N+1
Что будет, если женщина выпьет «Виагру» Что будет, если женщина выпьет «Виагру»

Интересно, а что будет с женщиной, если она примет дозу «Виагры»?

ТехИнсайдер
Чтение выходного дня: фрагмент нового романа Яны Вагнер «Тоннель» Чтение выходного дня: фрагмент нового романа Яны Вагнер «Тоннель»

Отрывок из нового психологического триллера Яны Вагнер «Тоннель»

Правила жизни
Московский фаюм Московский фаюм

Судьба египтолога Владимира Голенищева и знаменитых фаюмских портретов

Правила жизни
Открыть в приложении