Nie tak dawno temu dzieci z rzadką chorobą neurologiczną mogły po raz pierwszy chodzić dzięki nowemu robotycznemu egzoszkieletowi. Urządzenia te - które zasadniczo są kombinezonami robotów, które dają sztuczny ruch kończynom użytkownika - stają się coraz powszechniejszym sposobem pomocy osobom, które nie mogą używać nóg do chodzenia. Ale chociaż współczesne egzoszkielety są przeważnie niezdarnymi, ciężkimi urządzeniami, nowe technologie mogą uczynić je znacznie łatwiejszymi w użyciu i bardziej naturalnymi. Prawdopodobnie już zgadłeś, dokąd to zmierza: sztuczna skóra.
Egzoszkielety są opracowywane od lat 60. Pierwszy egzoszkielet składał się z obszernego zestawu nóg i rękawiczek z pazurami, które tylko trochę przypominały kostium Iron Mana. Musiał wykorzystać siłę hydrauliki, aby pomóc robotnikom przemysłowym podnieść setki kilogramów ciężaru. Ten projekt nie powiódł się i nie zadziałał, ale opcje, które potem nastąpiły, były coraz lepsze. Dzisiaj ludzie mogą wreszcie używać egzoszkieletów, aby częściowo zwiększyć swoje możliwości, ponownie nauczyć się chodzić z ich pomocą, a nawet wchodzić w interakcje z komputerami za pomocą dotyku lub „dotykowej” informacji zwrotnej.
Zazwyczaj urządzenia te składają się z łańcucha ogniw i stawów wzmacniających, które działają w parze z własnymi kośćmi i stawami danej osoby. Sztuczne kończyny są bezpiecznie przymocowane do kończyn osoby i kontynuują jej ruchy. Egzoszkielet może być kontrolowany przez komputer - na przykład podczas wykonywania ćwiczeń fizjoterapeutycznych - lub monitorując aktywność elektryczną mięśni użytkownika i wspomagając wytwarzaną przez nie siłę.
Ciężkie i bolesne
Pomimo pół wieku badań egzoszkielety wciąż nie są szeroko stosowane. Dzieje się tak głównie dlatego, że były niewygodne w noszeniu przez długi czas, ponieważ ciała ludzi różnią się od kostiumów, które są wykonane jako jedno prokrustowe łóżko. Niektóre egzoszkielety lepiej dopasowują się do ludzkiego ciała, ale jeśli stawy robota i rzeczywiste stawy użytkownika nie obracają się synchronicznie, może to spowodować dyskomfort lub ból. Wszystko to potęguje sztywność każdej części kombinezonu.
Innym problemem, szczególnie w przypadku egzoszkieletów górnej części ciała, jest ich waga, ponieważ są one wykonane z wytrzymałych materiałów, które mogą utrzymać duże ciężary i podtrzymywać ciało. Nowoczesne garnitury również nie radzą sobie zbyt dobrze ze zmianami temperatury lub deszczem, co utrudnia ich używanie w prawdziwym świecie. A ludzie nadal nie mogą przyzwyczaić się do ich wyglądu.
Aby egzoszkielety były bardziej praktyczne i przyjemne dla oka, potrzebujemy innowacji: musimy zrobić z nich „drugą skórę”, a nie gigantyczny kombinezon robota. Zwykle egzoszkielety wykorzystują ciężkie silniki elektryczne, ale lekkie siłowniki mogą być również używane jako mięśnie pneumatyczne. Mogą podejmować podobne wysiłki jak silniki elektryczne, tyle że ważą kilka razy mniej. Mięśnie te składają się z gumowego pęcherza otoczonego tkanym rękawem. Pod naciskiem zwiększają średnicę i kurczą się, popychając staw. I choć są wykonane z lekkich materiałów, potrafią przyłożyć siłę, która wystarcza do uniesienia setek kilogramów.
Film promocyjny:
Miękka robotyka
Jednak nawet te lekkie siłowniki muszą być przymocowane do sztywnej konstrukcji mechanicznej na ciele użytkownika. Naukowcy z Centrum Systemów Autonomicznych i Robotyki Uniwersytetu Salford opracowują inną alternatywę: miękką robotykę. Ta technologia wykorzystuje fizycznie miękkie, zaawansowane materiały do wykonywania tych samych zadań, co tradycyjne sztywne urządzenia robotyczne. Szczególnie dobrze nadają się do interakcji z ludźmi, ponieważ miękkość często oznacza światło i istnieje mniejsze prawdopodobieństwo zranienia podczas uderzenia w osobę.
Niedawno opracowali nowy „miękki napęd kontinuum”, który wygina się jak trąba słonia. W przeciwieństwie do tradycyjnego sztywnego przegubu robotycznego, napotykającego opór w jednej części ciała, zgina się we wszystkich kierunkach na całej swojej długości. Nosząc obcisły kombinezon z takimi napędami, moglibyśmy mieć miękki egzoszkielet, który zgina się dokładnie tam, gdzie są stawy użytkownika. Dzięki temu kombinezon doskonale nadaje się dla różnych użytkowników bez konieczności mechanicznej regulacji lub kalibracji. Ponadto system jest lekki i można go nosić jako odzież zamiast nieporęcznej mechanicznej ramy.
Egzoszkielety zaczynają być sprzedawane komercyjnie i prawdopodobnie zobaczymy wiele nowych rzeczy w nadchodzących latach. W 2012 roku sparaliżowana kobieta imieniem Claire Lomas ukończyła nawet maraton londyński z egzoszkieletem. Jednak wciąż istnieje wiele wyzwań inżynieryjnych, którym trzeba będzie sprostać, zanim zobaczymy powszechne wykorzystanie takich systemów. Potrzebujemy przynajmniej sposobu na zasilenie tych skafandrów bez konieczności podłączania ich co pół godziny.
ILYA KHEL