Raytheon.com

БЛАГОДАРЯ ЭКЗОСКЕЛЕТУ СОЛДАТ СМОЖЕТ ОБЛАДАТЬ УНИКАЛЬНЫМИ БОЕВЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ

В Москве состоялся III Международный форум «Открытые инновации», в рамках которого работала выставка Open Innovations Expo 2014. Это масштабная международная площадка для популяризации инноваций, где демонстрируются передовые разработки и технологии. Форум объединяет на одной площадке представителей российского и зарубежного научного, технологического и экспертного сообщества, крупных компаний и госзаказчиков. В этот раз особое внимание научного бомонда привлек аппаратный комплекс, предназначенный для увеличения физических возможностей человека - пневмоэкзоскелет, созданный учеными обнинского Института атомной энергетики НИЯУ МИФИ. Это первый действующий российский экзоскелет. Нужно отметить, что разработки подобных систем ведутся по всему миру, но чаще всего речь идет о дорогостоящих бронированных аппаратах для военной отрасли, которые уже в обозримом будущем могут совершить революцию в военном деле.

Экзоскелет, в переводе с греческого, это «внешний скелет». То есть дополнительный опорно-двигательный аппарат, способный либо увеличить физическую силу и выносливость человека, либо помочь больному встать на ноги, перераспределив и взяв на себя все усилия и нагрузки. Но для военного ведомства это, прежде всего, стальной боевой скафандр, призванный не просто увеличить силу солдата, но и превратить его в универсальную боевую машину; по сути, его тизеры уже показаны в фильмах «Аватар» и «Железный человек».

ПЕРВЫЙ ПРОТОТИП ЭКЗОСКЕЛЕТА ВЕСИЛ 680 КГ

Главный редактор журнала «Национальная оборона» Игорь Коротченко рассказал «Совершенно секретно», что Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA) на протяжении многих лет ведет работы по созданию экзоскелета и сейчас максимально приблизилось к образцам, которые уже в ближайшее время могут поступить на вооружение. «Главная цель этих разработок - расширить возможности военнослужащих, увеличить физическую силу и выносливость. Если проект будет реализован, солдаты будущего станут боевыми платформами, которые, к примеру, смогут автономно использовать тяжелое и габаритное лазерное оружие. В настоящее время подобные разработки идут во многих странах, но их развитие упирается в отсутствие некоторых важных технологий, что пока не позволяет сделать экзоскелет совершенным, пригодным для использования в бою».

Впервые требования к экзоскелету для армии США были сформулированы в 1963 году. Техническое задание было весьма смелым даже по сегодняшним временам: предполагалось, что новое устройство позволит человеку оперировать с грузами весом до 700 кг. Планировалось использовать экзоскелет для работ на военных арсеналах, с многотонными авиационными и артиллерийскими боеприпасами, в перспективе для осуществления манипуляций под водой и в космосе, а также для эксплуатации на атомных электростанциях. Кроме того, предполагалось, что устройство будет способно обеспечивать защиту и уменьшать утомляемость военнослужащих. За разработку проекта взялась американская компания General Electric, которая через семь лет создала первый экзоскелет под названием Hardiman. Полностью задание военных выполнено не было, по расчетам инженеров, человек одетый в это устройство, мог бы поднять предмет массой 110 кг, прилагая усилия, необходимые для перемещения груза в 4,5 кг. Максимальная масса, которую благодаря костюму могли поднимать операторы, достигала 340 кг.

Первый экзоскелет имел множество недостатков, главным из которых был несусветный вес - 680 кг. При этом аппарат был неудобен в использовании и отличался замедленной реакцией на действия оператора. Перед конструкторами встала проблема, которую создатели экзоскелетов не могут решить и сегодня. Обычный человек способен выполнять одновременно свыше 30 различных управляемых действий - такая степень свободы для машины оказалась абсолютно недостижимой. Более того выяснилось, что одновременное использование частей верхних и нижних конечностей экзоскелета по необъяснимой причине приводило к неконтролируемому движению конструкции, и это могло представлять потенциальную опасность для человека.

При попытках оператора начать движение с грузом в руках-манипуляторах нижняя часть Hardiman отказывалась выполнять команды, движения экзоскелета были хаотичными и непредсказуемыми. Конструкторы никак не могли заставить работать правильно механические ноги экзоскелета, что не раз приводило к опрокидыванию всей конструкции. Из-за риска получения травмы полноценные испытания костюма с участием человека так и не были проведены, и о запуске костюма в серию даже речи не шло. Проблему синхронизации пытались решить еще 10 лет, в итоге инженерам General Electric так и не удалось воплотить в металле все задуманное, проект был свернут. Технические наработки неоднократно пытались использовать. С разной степенью успеха было построено несколько прототипов, в том числе и рабочая механическая рука. Огромная клешня Hardiman имеет гидравлический привод и может поднимать до 350 кг.

РАЗРАБОТКА БОЕВОЙ ВЕРСИИ ЭКЗОСКЕЛЕТОВ ПОКА ТОЛЬКО В ОТДАЛЕННЫХ ПЛАНАХ

На несколько десятилетий разработка военных экзоскелетов была поставлена на паузу, но в 2001 году DARPA запустило программу Land Warrior - комплексное научное исследование по созданию облика солдата будущего. В рамках этой программы было принято решение, что солдаты должны оснащаться экзоскелетами. Техническое задание было еще проще: на первом этапе солдаты, оснащенные экзоскелетами, должны были научиться выполнять простую работу грузчиков. Оператор должен был получить возможность без лишних усилий перемещать грузы массой около 100 кг, и при этом приветствовалось, если скорость передвижения человека, облаченного в экзоскелет, будет выше, чем без него.

В реализации проекта были задействованы американская компания Sarcos, японская Cyberdyne Systems и американский Университет Беркли. В настоящее время Sarcos вошла в состав концерна Raytheon, а отдел университета, занимающийся проектом, стал подразделением американской компании, специализирующейся в области авиастроения и авиакосмической техники, Lockheed Martin.

Сегодня проводятся испытания трех прототипов экзоскелетов. Первый - HULC (Human Universal Load Carrier - универсальная погрузочная несущая система для человека), созданная Lockheed Martin, - это 25-килограммовая конструкция, которая состоит из системы поддержки спины и механических ног. Существующий сегодня прототип устройства состоит из примерно сорока гидравлических механизмов и сенсоров. Механические ноги соединены жесткими креплениями с ботинками и фиксируются в коленях и бедрах специальными ремнями. С помощью устройства солдат может нести на себе до 90 кг груза и при этом испытывает нагрузку, которая не является критической для организма. Более того, оператор способен бежать со скоростью 18-20 км/ч, прыгать, ходить или ползти. Это автономное устройство, работу аппарата на протяжении восьми часов при средних нагрузках обеспечивают четыре литий-ионных аккумуляторных батареи. Последний прототип устройства оснащен системой аварийного сброса, которая позволяет в случае необходимости самостоятельно избавиться от устройства за 30 секунд.

Другой разработчик - компания Raytheon на данный момент представила уже второе поколение носимого роботизированного костюма под названием XOS 2. Это футуристическое устройство, выполненное из стали и высокопрочного алюминия, состоит из сложных комбинаций автоматических регуляторов, сенсоров, компактных приводов движения, датчиков мускульной активности и гидравлических клапанов. Управляются все эти механизмы компьютером, который координирует движения механизма в соответствии с движениями человека.

Это экзоскелет, в котором удалось добиться максимальной синхронизации движения человека и электроники. Конструкция обеспечивала силовую поддержку верхних и нижних конечностей оператора, что позволяет легко поднимать вес в 90 кг и двигаться со скоростью 12 км/час. При этом экзоскелет настолько гибкий, что в нем можно заниматься гимнастикой. Еще одна особенность роботизированного костюма - конструкция XOS позволяет устанавливать на механические руки различные манипуляторы. Этот экзоскелет уже обратил на себя внимание военных логистов, занимающихся транспортировкой различных грузов. Сообщается, что этим устройством в обозримом будущем планируют снабдить техников ВВС США, производящих заряжание самолетов. Очевидно, что использование такого костюма будет особенно необходимо в полевых условиях, когда доступ к полноценному погрузочному оборудованию сильно ограничен. В планах Raytheon есть и разработка боевой версии XOS.

Нужно заметить, что XOS 2 - единственный экзоскелет, который прошел реальное испытание. С помощью механизма добровольцы на протяжении нескольких дней переставляли с места на места ящики с боеприпасами, поднимали тяжелые ракеты. В результате выяснилось, что человек, использующий экзоскелет, работает в четыре раза эффективней, чем без него. Однако целесообразность использования устройства стоимостью свыше миллиона долларов в роли обычных грузчиков, когда можно нанять обычных за гораздо меньшие деньги, вызывает вопросы. В ближайшее время XOS 2 планируется проверить в боевых условиях. Нужно отметить, что этот экзоскелет имеет существенный недостаток - для него так и не был разработан аккумулятор, поэтому питается агрегат от электросети, таская за собой десятки метров электрических проводов. Однако в Raytheon считают, что привязанность экзоскелета к розетке не является существенным недостатком, его можно с успехом использовать, к примеру, для работы грузчиком на складе.

Японская корпорация Cyberdyne Systems создала для Пентагона модель HAL (Hybrid Assistive Limb, гибридная вспомогательная конечность). Этот экзоскелет в некоторой мере является комбинацией экзоскелетов HULC и XOS. Как и HULC, он имеет возможность автономного использования - аккумуляторов хватает на 2,5-3 часа работы, а от семейства XOS разработчики взяли «полноту» конструкции: в ее составе есть системы поддержки и рук, и ног. Однако у устройства довольно низкая грузоподъемность, кроме того, оно не обладает выдающимися скоростными качествами. Сегодня проходит испытания уже пятая модель - HAL-5.

В прошлом году в DARPA официально заявили, что работают над программой Warrior Web, по созданию специальных экзоскелетов, которые способны снизить физические нагрузки на солдат. Нужно отметить, что это совершенно иная концепция экзоскелета, в отличие от громоздких разработок, костюм Warrior Web легкий и удобный, его можно носить под обычной военной формой. И он скорее является не перспективной боевой машиной, а терапевтическим средством от высоких нагрузок, которым подвергаются военнослужащие. Причиной для создания этой системы послужили исследования, подтвердившие, что вес носимого снаряжения современным солдатом значительно вырос и это негативно сказывается на здоровье солдат. Так, во время выполнения заданий, совершая многокилометровые марши, военнослужащие часто несут оружие, боеприпасы, амуницию и запасы продовольствия, вес которых превышает 50 кг. При преодолении больших дистанций такие нагрузки увеличивают риск травм опорно-двигательного аппарата в таких уязвимых местах, как колени, лодыжки, бедра и поясница.

В прототипах костюмов этой серии реализованы технологии, которым под силу укрепить суставы, распределить вес по всему телу и обеспечить кинестетические ощущения (чувства положения разных частей тела и производимых мышечных усилий в процессе движения). При создании экзоскелета были использованы новейшие разработки в области наноматериалов, поэтому, кроме опорных функций, устройство будет обладать свойствами легкой динамической брони-экипировки. В конфигурацию костюма также входит множество датчиков, предназначенных для диагностики состояния организма солдата с целью повышения его выносливости. В настоящее время идет поиск идей по улучшению и коммерциализации разработки. DARPA ищет способы совершенствования существующих технологий, а также рассматривает материалы и ткани, которые сделают костюм максимально удобным и неуязвимым. Есть планы использования костюма в области физиотерапии или для реабилитации людей с ограниченной подвижностью.

ПОЯВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭКЗОСКЕЛЕТА В РОССИЙСКОЙ БОЕВОЙ ЭКИПИРОВКЕ ОТЛОЖЕНО ДО 2020 ГОДА

Фото: Василий Максимов. Коммерсантъ

В РОССИИ СОЗДАНИЕ БОЕВОЙ ЭКИПИРОВКИ С ЭЛЕМЕНТАМИ ЭКЗОСКЕЛЕТА ЗАСТОПОРИЛОСЬ

Игорь Коротченко отметил, что в России над созданием экзоскелетов также работают, но серьезных подвижек удалось достичь только в последние годы. Действительно, в 1999 году была принята федеральная программа, итогом которой должно стать создание в течение шестнадцати лет боевой экипировки третьего поколения с элементами экзоскелета. Сейчас эта разработка засекречена, и о характеристиках нового устройства мало что известно. Первый прототип получил название «Боец-21» и впервые был представлен на выставке «Интерполитех» в 2009 году. Разработкой занимаются ученые 3-го Центрального научно-исследовательского института (ЦНИИ) Минобороны РФ. Первый образец имел вес 36 кг, и, по словам разработчиков, этот комплект боевой экипировки первого поколения уже превосходит западные образцы по некоторым параметрам, в частности по степени защиты.

Сегодня идет работа над созданием второго прототипа «Бойца-21». По данным экспертов, новый комплект будет легче предыдущего на 14 кг. В экипировку будут включены системы выживания бой вооружение, система защиты и системы компьютерного управления огнем, приборы управления и связи, системы жизнеобеспечения и энергообеспечения. Главное изменение - в устройство костюма будут внедрены элементы экзоскелетных конструкций - металлический каркас, снимающий излишнюю нагрузку с мышц человека. Звучат обещания, что создаваемый комплект боевой экипировки не будет иметь аналогов в мире по своей эффективности. К примеру, новый боевой комплект превзойдет существующие импортные аналоги: например, он будет легче высокотехнологичной французской экипировки «солдата будущего» FELIN.

Для усовершенствования боевой экипировки в настоящее время ведутся разработки бронематериала с использованием нанотехнологий, разработчики обещают, что новые материалы появятся в ближайшие годы. Обращает на себя внимание стоимость НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) экипировки «Боец-21», который разработчики оценивают в 35 миллионов долларов, в то же время, например, США на аналогичные работы выделяют 1,5 миллиарда долларов. Однако такие цифры наводят экспертов на мысль, что это больше бронированный костюм, а не полноценный экзоскелет.

Затем взвыли турбофрезы, опоясав скутеры огненными кольцами, и внутрь хлынула вопящая волна - абордажные команды Южного флота всегда отличались экстравагантностью поведения.

А стрелять внутри корабля, в тесном пространстве, из тяжелого термопистолета, станкового бластера или, не дай бог, триггерного плазменного огнемета - значит избрать весьма сложный и неприятный способ самоубийства.

Так что специально для таких случаев в Амазонии был изобретен "ручной высокотемпературный боевой резак ближнего боя факельного типа", или в просторечии - меч.

Разведцентр на Нифльгейме, конечно, получал информацию об этом оружии, но там только посмеивались.

Такую нелепость, с точки зрения современной космической войны, как абордажная схватка, стратеги Темной Лиги не предусматривали, да и вообще к войне они готовились хотя и старательно, но сумбурно. Одни, главным образом деятели Черной церкви, просто думали, что в случае чего помогут Люцифер с Антихристом, другие - выгнанные с разных флотов и нашедшие приют у сатанистов офицеры тянули кто в лес, кто по дрова.

И те и другие были свято убеждены по доброй старой солдафонской традиции (солдафонство было возведено в армии Лиги в непреложный закон), что женщина на войне лучше всего проявляет себя в походно-полевом борделе.

А слово "факельный" в названии оружия было истолковано одним нифльгеймским знатоком древнеанглийского языка весьма двусмысленно, и по коридорам военного ведомства пошла гулять шутка, что амазонкам, видимо, очень не хватает кое-чего, и победоносные воины Лиги скоро их этим обеспечат.

…Амазонки с криками выскакивали из отверстий в обшивке вражеских кораблей, обнажая мечи, мгновенно увенчивавшиеся огненными цветками.

Волна боевой ярости охватила Ирину и понесла ее вперед вместе со всеми… Ирина забыла обо всём: все ее мысли сосредоточились на ослепительном пульсирующем лепестке плазменного меча. Не было ни страха, ни волнения - привычные движения, падающие под ноги тела врагов, жар от попаданий лазеров и спокойный азарт опытного бойца.

Раздалось несколько ответных выстрелов из плазменных базук - огненные шары с грохотом разорвались, круша переборки и разметав первую шеренгу атакующих. Но уже следующая волна смяла ничего не успевших толком сообразить сатанистов. Лучи их ручных лазеров бессильно отражались от зеркальной чешуи боевых скафандров. Круша всё и вся, амазонки очищали отсек за отсеком.

…Жрец первого класса Савл Ярославов прикинул, что немедленная смерть им не грозит. Они оторвались от нападавших, и, пока те перебьют последних защитников и взломают двери, у них еще есть какое-то время.

Он пережил и переборол ужас первых мгновений, когда из казавшихся такими надежными стен корабля вдруг полезли острозубые вращающиеся трубы, извергшие сотни солдат в сияющих зеркальной броней скафандрах. Когда амазонки, подавляя разрозненное сопротивление, принялись занимать одну палубу за другой. Когда жуткие устройства в их руках, напоминающие нечто среднее между автогеном и праздничной шутихой, резали на куски пытающихся отбиваться матросов и солдат.

Ему удалось сбить в табунок человек пять и организовать отступление (проще говоря, быстрое бегство) во внутренние отсеки.

По пути они увлекли за собой еще с полсотни "темных". Бегство-отступление закончилось в районе второго вспомогательного реактора, где располагались судовые мастерские, инструментальные кладовые, склады запчастей и прочее в том же духе. Но даже сюда уже долетали звуки боя.

Повинуясь еще не улетучившемуся стремлению забиться куда-нибудь подальше, он открыл первую попавшуюся дверь.

Они оказались в главной инструментальной кладовой ремонтной службы.

На уходящих вдаль стеллажах рядами лежали разнокалиберные гаечные ключи - современники чуть ли не каменных топоров, отвертки, дрели, сварочные аппараты…

Жрец обвел взглядом своих спутников - почти все были слугами Господина в чинах ниже его. Два или три матроса своей серой формой выделялись на угольно-черном фоне сутан, как белые араратские фороны .

Что с ними будет в плену? Что с ними сделают эти мерзкие женщины?

Утопят в святой воде? Проткнут осиновыми кольями с посеребренными остриями? Уморят на каторжных работах по строительству церквей?

О нет, только не это!

И тут взгляд жреца обнаружил кое-что, наполнившее его сердце надеждой.

На третьей полке, прямо в смазке, лежали, блестя черными рукоятями, похожими на стандартные рукояти бластеров, электрические дисковые пилы, предназначенные для ремонтных работ на корпусе.

…Его спутники торопливо разобрали инструменты, и вот уже напротив ворот шлюза выстроились ряды черно- и коричневосутанных бойцов, в правой длани каждого была грозно занесена готовая к запуску циркулярная пила, сверкающая боразоновыми зубьями. Некоторые, особенно нетерпеливые, запускали свое оружие, и зловещий визг мотопил наполнял сердца сатанистов надеждой на победу. Против такой не устоит ни один скафандр, ведь они с легкостью резали даже корпусную броню боевых кораблей!

"Сейчас мы им покажем!" - дрожа в предвкушении схватки, подумал жрец…

"Адский сад". Главная рубка

С напряженно сдвинутыми бровями наблюдал Великий Гроссмейстер Темной Лиги за полным разгромом тяжелой дивизии "Голубые молнии".

Черные точки на экране одна задругой становились зелеными. Только однажды точка мигнула красным и погасла: на "Сорокине" у капитана хватило духу задействовать систему самоликвидации.

(Забегая вперед, скажем, что еще на трех судах такая попытка была сделана, но храбрые гомосеки нейтрализовали пытавшихся добраться до минных камер черных жрецов.)

Прошло еще десять долгих минут - и все отметки кораблей передового отряда стали зелеными. Это значило, что попытка с ходу протаранить боевые порядки первой линии амазонок оказалась тщетной.

Через несколько часов, самое большее через сутки эти корабли будут в строю, но уже на другой стороне.

Не нужно было вообще связываться с ними! - фыркнул вице-адмирал. - Ясно же, какие бойцы из педрил?!

Мужеложство - есть деяние, угодное Люциферу! - желчно ответил генеральный архижрец ВКФ.

Я тут решаю, что угодно Люциферу, а что нет! - прорычал Гроссмейстер, и у присутствующих невольно пробежали по коже мурашки. - Или вы забыли, кто здесь хозяин! - обратил он гневный взор на изрядно струхнувших подчиненных. - Нужно действовать, а не рассуждать! Работать надо! Хватит болтать - принимайтесь за дело! Я всё сказал, - тяжеловесно добавил он, выпустив пар. Но про себя продолжал кипеть яростью и досадой, к которым примешивалась и толика… страха?

План быстрой и победоносной кампании, на который он поставил, летел ко всем богам.

А как красиво всё выглядело! Соединенная в один кулак армада Темной Лиги быстрыми и последовательными ударами уничтожает не ожидающий атаки, разделенный амазонийский флот на четырех основных базах или в космосе, разбивает противника по частям, нейтрализует возможную помощь соседей глубокими рейдами к их границам… После чего остается железной метлой подмести жалкие остатки военно-космических сил врага - и беспомощная и беззащитная империя женщин пала бы к ногам Лиги и персонально его - Гроссмейстера оной Лиги.

И вот теперь все отправлялось к… К черту! Да, да - к черту, черт побери!!

Я перехожу на "Молот Люцифера", - холодно процедил он еще пару минут спустя. - Штаб остается тут, необходимые каналы связи обеспечить в течение четверти часа. Всё…

Район битвы

…Еще час назад "Маркиз де Сад" являлся одним из кораблей Темной Лиги. Сейчас это был всего лишь трофей.

Пахло паленым мясом, озоном и жженым пластиком. На полу были распростерты разделанные плазменными мечами трупы в боевых скафандрах с символами Темной Лиги..

Ирина вместе с командиром десантников - немолодой крупной теткой, чье имя она так и не могла вспомнить, обходили трофей. Теперь Ирина была уже не одним из бойцов, штурмовавших корабль врага, а вновь - офицером связи.

А вот посмотрите, - сказала десантница (она вспомнила, как ту зовут - Ганна Басаврюк, кавторанга Басаврюк - эмигрантка с другого края Вселенной). - Тут эти бисовы дети учудили забавную штуку - кинулись на девчат с пилами, как в древнем мультике. Смех, да и только - честное слово!

Она толкнула дверь.

По всему помещению, в лужах крови, были разбросаны обрывки цепей, разделанные и оплавленные двигатели и шестерни - остатки механизмов пил, вперемешку с головами и руками врагов.

У стены валялся толстый тип в длинном черном балахоне и шапке с рожками, изобличавшей в нем жреца Черной церкви высокого ранга. В его огромном брюхе торчал меч.

Видимо, плазменная горелка не отключилась, хотя и перешла на низкотемпературный режим, и изо рта и ушей покойника шел дым.

Он так и не выпустил мотопилу, от которой осталась только оплавленная рукоять.

Ну и ну… - только покачала Ирина головой. - Хорошее начало…

Слева по флангу сил Амазонии

Разорвать воздух на скорости звука и устремиться к горизонту, вытянув руки по швам в своём железном костюме. В мгновение ока оказаться в любой точке земного шара без необходимости стоять в пробке. Летать без крыльев, не будучи на борту самолёта или чего покрепче. Пусть бросит в меня камень тот, кто не хотел оказаться на месте Тони Старка в его звёздные моменты (конечно, в костюме Железного человека). Частично эти мечты сумеет реализовать экзоскелет - устройство, который может увеличить способности человека (по большей части физические, мускульную силу) за счет внешнего каркаса. О том, что собой представляет это устройство, какие наработки уже имеются и как технологии будут развиваться в будущем, мы расскажем в этом материале.

От эластипеда до «железного человека»

Наука и технологии - это без преувеличений самая лютая гонка изобретательности человека и природы. Всю свою историю человек пытается переделать мир вокруг себя под свои нужды. Где-то это ему удаётся, часто не без вреда для природы. Где-то приходится подглядывать у неё. И если у большинства беспозвоночных в том или ином виде есть внешний скелет, у человека его нет. Но ведь и крыльев не было?

В наше время под экзоскелетом подразумевается механический костюм или его часть до 2–2,5 метра высотой. Дальше идут «мобильные костюмы», меха и другие гигантские человекоподобные роботы.

Как и многое другое в нашей жизни, экзоскелеты постепенно перешагивают границу, разделяющую смелые мечты и повседневную жизнь. Будучи изначально просто идеями, концептами, мифами и легендами научной фантастики, сегодня чуть ли не каждую неделю появляются новые варианты экзоскелетов.

Первым изобретателем экзоскелета считается русский «инженеръ-механикъ» Николай Фердинандович Ягн, который ещё в 1890-х годах зарегистрировал ряд патентов на эту тему. Он жил в Америке, где, собственно, и патентовал свои чудеса, показывал их на выставках, а по возвращении на родную землю снова изобретал. Его экзоскелет должен был облегчить ходьбу, бег и прыжки в первую очередь, солдат. Уже тогда русский гений предвидел потенциальную военную мощь подобных устройств.

НИКОЛАЙ
Фердинандович ЯГН

Кроме экзоскелета Ягн разработал охлаждающие занавески, гидромотор, качающийся винт, самовар-стерилизатор и другие устройства

Hardiman

Не будем отрицать, гигантский и необъятный вклад в развитие экзоскелетов внесли фантасты. В 1959 году после нашумевшего романа Роберта Хайнлайна «Звёздный десант» всем стало понятно, что за внешними каркасными костюмами - будущее военных действий и не только. И понеслось.

Первый экзоскелет был создан компанией General Electric при поддержке Министерства обороны США в 1960-х годах. Hardiman весил 680 килограммов и мог поднимать грузы весом до 110 килограммов. При всех гигантских амбициях - а его хотели использовать и под водой, и в космосе, и боеголовки таскать, и ядерные стержни - показал он себя не лучшим образом. О нём благополучно забыли.

отдалённо напоминающее экзоскелеты устройство «педомотор» изобретателя Лесли С. Келли, разработанное в 1917 году

Девять лет спустя Миомир Вукобратович из югославского Белграда показал первый силовой шагающий экзоскелет, задача которого была давать людям с параличом нижних конечностей возможность шагать. В основе устройства лежал пневмопривод. Советские учёные из Центрального института травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова проявили первые инициативы по разработке экзоскелетов совместно с югославскими коллегами на основе работ именно Вукобратовича. Но с началом перестройки проекты были закрыты, а о секретных подпольных разработках экзоскелетов данных нет. Зато с освоением космоса всё было хорошо.

В разное время в разных странах умельцы пытались сделать экзоскелеты самого разного назначения, но в силу самых разных препятствий (о которых мы ещё поговорим) удавалось это в край плохо. Нехватка энергоносителей, медленный рост научно-технического прогресса, развития материаловедения и прочих смежных наук, а также развитие компьютерных вычислений и кибернетики, волна которых поднялась только лет 30 назад, - всё это тормозило развитие экзоскелетов. Без всяких сомнений, это сложнейшие технологии, которые людям ещё предстоит освоить.

Проблемы экзоскелетов

На этой планете не так много материалов, из которых можно сделать жёсткий каркас и которые не усугубят дело своим весом. Во всяком случае, их было не много, но с учётом космических полётов, военных наработок, развития материаловедения, нанотехнологий и ещё десятка-другого интересных сфер человечество постепенно берёт один барьер за другим. В начале XXI века интерес к экзоскелетам разгорелся с недюжинной силой и продолжает гореть до сих пор. Но сначала поговорим об основных проблемах, с которыми сталкиваются создатели экзоскелетов.

Если разложить гипотетический экзоскелет на составляющие, у нас будут: источник питания, механический скелет и программное обеспечение. И если с двумя последними пунктами вроде бы всё ясно и проблем почти не осталось, то источник питания - это серьёзная проблема. Имея нормальный источник питания, инженеры могли бы не просто создать экзоскелет, а ещё и объединить его со скафандром и реактивным ранцем. Получился бы костюм Железного человека, наверное, но новый Тони Старк пока не явился.

Любой из компактных источников питания на сегодняшний день может обеспечить экзоскелету лишь несколько часов автономной работы. Дальше - зависимость от провода. У неперезаряжаемых и аккумуляторных батарей есть свои ограничения вроде необходимости замены или медленной зарядки, соответственно. Двигатели внутреннего сгорания должен быть слишком надёжным, но не особо компактным. К тому же, в последнем случае понадобится дополнительная система охлаждения, а сам двигатель внутреннего сгорания сложно настроить на моментальный выброс большого количества энергии. Электрохимические топливные элементы могут быстро заправляться жидким топливом (например, метанолом) и давать нужный и моментальный выброс энергии, но работают при крайне высоких температурах. 600 градусов по Цельсию - относительно низкая температура для такого источника питания. С ним «железный человек» превратится в хот-дог.

Как ни странно, наиболее возможным вариантом решения топливного вопроса для экзоскелетов будущего может стать самый невозможный: беспроводная передача энергии. Она могла бы решить массу вопросов, ведь её можно передавать из сколь угодно большого реактора (и ядерного в том числе). Но как? Вопрос открыт.

Первые экзоскелеты делались из алюминия и стали, недорогих и простых в использовании. Но сталь слишком тяжёлая, а экзоскелет обязательно должен работать и над тем, чтобы поднять свой собственный вес. Соответственно, при большом весе костюма его эффективность упадёт. Алюминиевые сплавы достаточно лёгкие, но накапливают усталость, а значит, не особо подходят для высоких нагрузок. Инженеры находятся в поисках лёгких и прочных материалов вроде титана или углеродного волокна. Они неизбежно будут дорогими, но обеспечат эффективность экзоскелета.

Особую проблему представляют приводы. Стандартные гидравлические цилиндры достаточно мощные и могут работать с высокой точностью, но тяжёлые и требуют наличия кучи шлангов и трубок. Пневматика, напротив, слишком непредсказуема в плане обработки движений, поскольку сжатый газ пружинит, а реактивные силы будут толкать приводы.

Впрочем, разрабатываются новые сервоприводы на электронной основе, которые будут использовать магниты и обеспечивать отзывчивые движения, потребляя минимум энергии и будучи небольшими. Можете сравнить это с переходом от паровозов к поездам. Отметим ещё гибкость, которая должна быть у суставов, но здесь проблемы экзоскелетов могут решить разработчики скафандров. Они же помогут разобраться с адаптацией костюма к размерам носителя.

Управление

Особую проблему при создании экзоскелета представляет управление и регулировка чрезмерных и нежелательных движений. Нельзя просто так взять и сделать экзоскелет с одной скоростью реакции каждого из членов. Такой механизм может быть слишком быстрым для пользователя, а слишком медленным его не сделаешь - неэффективно. С другой стороны, нельзя положиться на пользователя и доверить датчикам считывать намерения по движениям тела: рассинхронизация движений пользователя и костюма приведёт к увечьям. Нужно ограничивать обе действующих стороны. Над решением этого вопроса и ломают головы инженеры. Кроме того, нужно заранее обнаружить непреднамеренное или нежелательное движение, чтобы случайный чих или кашель не привёл к вызову скорой.

Экзоскелеты и будущее

В 2010 году компании Sarcos и Raytheon совместно с Министерством обороны США показала боевой экзоскелет XOS 2. Первый прототип вышел за два года до этого, но не вызвал переполоха. А вот XOS 2 оказался настолько крутым, что журнал Time включил экзоскелеты в список пяти лучших военных инноваций года. С тех пор ведущие инженеры мира ломают головы над созданием экзоскелетов, которые смогут обеспечить преимущество на поле боя. И за пределами него тоже.

Что мы имеем на сегодняшний день?

Этот экзоскелет был представлен в 2011 году и был предназначен для людей с ограниченными возможностями. В январе 2013 года вышла обновленная версия - ReWalk Rehabilitation, а уже в июне 2014 года FDA одобрило использование экзоскелета на публике и дома, тем самым открыв ему дорогу в коммерческом плане. Система весит около 23,3 килограмма, работает на базе Windows и в трёх режимах: идти, сидеть и стоять. Стоимость: от 70 до 85 тысяч долларов.

Серия этих военных экзоскелетов находится в активной разработке (на очереди XOS 3). Весит около 80 килограммов и позволяет владельцу с лёгкостью поднимать 90 лишних килограммов. Последние модели костюма настолько подвижны, что позволяют играть с мячом. Как отмечают производители, один XOS может заменить трёх солдат. Возможно, третье поколение экзоскелета будет уже ближе к тому, что мы видим на экранах фантастических фильмов последних лет. Увы, пока он привязан к внешнему источнику питания.

Human Universal Load Carrier - творение известной компании Lockheed Martin совместно с Berkeley Bionics. Этот экзоскелет также предназначен для военных. Основа - гидравлика и литий-полимерные батареи. Правильно загрузив внешний каркас, с его помощью пользователь может переносить до 140 килограммов лишнего груза. Предполагается, что солдаты смогут использовать HULC а-ля «я и друг мой грузовик» в течение 72 часов. Разработка идёт полным ходом, поэтому неудивительно, что именно HULC могут первыми поступить на вооружение США.

ExoHiker, ExoClimber и eLEGS (Ekso)

Прототипы опять же Berkeley Bionics, предназначенные для выполнения различных задач. Первый должен помочь путешественникам переносить груз до 50 килограммов, был представлен в феврале 2005 года и весит около 10 килограммов. Учитывая небольшую солнечную панель, может работать очень и очень долго. ExoClimber - это десятикилограммовое дополнение к ExoHiker, позволяющее носителю прыгать и взбираться по ступенькам. В 2010 году наработки Berkeley Bionics вылились в eLEGS. Эта система - полноценный гидравлический экзоскелет, который позволяет парализованным людям ходить и стоять. В 2011 году eLEGS был переименован в Ekso. Он весит 20 килограммов, передвигается с максимальной скоростью в 3,2 км/ч и работает в течение 6 часов.

Очередной нашумевший экзоскелет японского производителя роботов Cyberdyne. Его назначение - обеспечить возможность ходить людям с ограниченными возможностями. Есть два основных варианта: HAL-3 и HAL-5. С момента презентации в 2011 году меньше чем за год HAL приняли «на вооружение» более 130 медицинских институтов по всей стране. Однако испытания будут продолжаться весь 2014 и, возможно, 2015 год. В августе 2013 года HAL получил карт-бланш на использование в качестве медицинского робота в Европе. Новейшая модель костюма весит около 10 килограммов.

Cредняя стоимость медицинского экзоскелета -
90 тысяч долларов.

Помимо серьёзных экзоскелетов на всё тело, всё большей популярностью пользуются ограниченные экзоскелеты, предназначенные для выполнения специфических задач. Например, в августе этого года был показан экзостул Chairless Chair, позволяющий сидеть стоя. Компании Daewoo и Lockheed Martin независимо друг от друга показали экзоскелеты для работников судостроительных верфей. Эти устройства позволяют рабочим удерживать груз или инструмент весом до 30 килограммов, особо не напрягаясь.

В России разработкой экзоскелета под названием «ЭкзоАтлет» занимается команда учёных, собранная на базе НИИ Механики МГУ. Они продолжают начатые ещё в СССР разработки Вукобратовича, о которых мы упоминали выше. Первый рабочий пассивный экзоскелет этой команды был разработан для сотрудников МЧС, пожарных и спасателей. При весе в 12 килограммов конструкция позволяет без особых усилий переносить до 100 килограммов груза. В планах компании - разработка силовой модели ExoAtler-A, которая позволит переносить до 200 килограммов, а также медицинского экзоскелета для реабилитации людей с ограниченными возможностями.

Объединяет все эти костюмы то, что представлены они по большей части в качестве прототипов. Значит, будут совершенствоваться. Значит, их ждут полевые испытания. Значит, будут новые модели. Значит, за ними будущее. Пока говорить о том, что рабочий и полезный экзоскелет можно пойти и купить на чёрном рынке, рановато. Но начало положено, а развитие этого направления уверенно входит в широкое русло. До костюма Тони Старка нам ещё далековато, но что мешает радоваться зрелищным фильмам? Любителям зрелищных разборок с участием экзоскелетов всегда будет что посмотреть: «Чужие» (1986), «Железный человек» (2008), «Аватар» (2009), «Район № 9» (2009), «Мстители» (2012), «Элизиум» (2013), «Грань будущего» (2014).

Одно известно наверняка: экзоскелеты в будущем будут повсюду. Они помогут нашим космонавтам освоить Марс, построить первые колонии и с удобством управляться в космосе. Они станут на вооружение в военном сегменте, поскольку по умолчанию наделяют солдат сверхчеловеческой силой. Они дадут возможность полноценно передвигаться тем, кто её потерял. Костюм Железного человека однажды станет реальным, как и всё, что вы видите вокруг.

«ЭкзоАтлет»