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

Цифровые жулики Цифровые жулики

Как мошенники используют интернет-технологии для сделок с недвижимостью

Деньги
От ландшафта к дому От ландшафта к дому

Сочетание атмосферы загородного уюта с ощущением свободы

Идеи Вашего Дома
Думай медленно… решай быстро Думай медленно… решай быстро

Как устроено человеческое мышление

kiozk originals
Патологическое накопительство животных: 4 симптома «зоологического плюшкинизма» Патологическое накопительство животных: 4 симптома «зоологического плюшкинизма»

Зачем люди заводят огромное количество кошек и собак?

Psychologies
Бояться или нет? 5 книг про искусственный интеллект Бояться или нет? 5 книг про искусственный интеллект

Кто прав и чего нам ждать от инноваций? Пять книг на актуальную тему

Maxim
«Лучшие пропускают искусство через сердце, через эмоции» «Лучшие пропускают искусство через сердце, через эмоции»

Почему кроме коммерческой и художественной ценности на арт-рынке важна любовь

Правила жизни
«Взглянуть страху в глаза»: как работает экспозиционная терапия «Взглянуть страху в глаза»: как работает экспозиционная терапия

Как работает экспозиционная терапия и на каких принципах она основана

Psychologies
Про сердце. Факты о здоровье сердца, которые важно знать именно женщинам Про сердце. Факты о здоровье сердца, которые важно знать именно женщинам

Факты о здоровье сердца, на которые женщинам важно обратить внимание

Лиза
Палеогенетики выявили средневековых представителей клана Аба Палеогенетики выявили средневековых представителей клана Аба

Ученые прочитали ядерную ДНК 19 средневековых людей из некрополя в Абашаре

N+1
Шоколад Шоколад

«Пища богов». Именно так называют продукт, знакомый каждому сладкоежке – шоколад

Здоровье
Простые способы сохранить зелень свежей в холодильнике Простые способы сохранить зелень свежей в холодильнике

Эффективные способы продлить свежесть зелени

ТехИнсайдер
Научитесь считать деньги: как и зачем вести личный бюджет Научитесь считать деньги: как и зачем вести личный бюджет

Базовые правила для тех, кто хочет навести в деньгах порядок

Forbes
Из СССР — вокруг света: как Юрий Сенкевич прожил жизнь-путешествие Из СССР — вокруг света: как Юрий Сенкевич прожил жизнь-путешествие

Юрий Сенкевич и его жизнь, полная приключений

Psychologies
От утопии до ящика От утопии до ящика

Как советское телевидение замещало зрителям политику

Weekend
Фонотека Фонотека

Как первому альбому The Velvet Underground удалось не попасть во время

Правила жизни
Язык в поисках понятия о себе Язык в поисках понятия о себе

Можно спорить о начальной точке, когда любой язык стал пониматься как система

Знание – сила
Бернс, Лабковский, Тавваб: 5 книг для психологической поддержки Бернс, Лабковский, Тавваб: 5 книг для психологической поддержки

5 книг для психологической поддержки

СНОБ
По ком звонит телефон По ком звонит телефон

Как работают похитители средств граждан и как им противостоять

Деньги
Хочу на ручки Хочу на ручки

Психолог Екатерина Приморская — о своём опыте перезагрузки в центре аюрведы

Новый очаг
Как бизнес способствует развитию инклюзивности Как бизнес способствует развитию инклюзивности

Как бизнес содействует повышению качества жизни социально уязвимых групп

СНОБ
6 фильмов о дружбе, одержимости и соперничестве между женщинами 6 фильмов о дружбе, одержимости и соперничестве между женщинами

Фильмы, где связанные узами женщины переживают кризис идентичности

СНОБ
Правда ли, что белок влияет на газообразование Правда ли, что белок влияет на газообразование

Протеин не является основным виновником вздутия и газообразования

ТехИнсайдер
Главное качество идеального партнера: 7 признаков, указывающих на его наличие Главное качество идеального партнера: 7 признаков, указывающих на его наличие

Без чего счастливый союз невозможен?

Psychologies
Синтезатор случайностей и ошибок Синтезатор случайностей и ошибок

Дмитрий Морозов (::vtol::): звук как открытое произведение

Weekend
Масло масляное Масло масляное

Какое растительное масло лучше купить и как его правильно использовать

Добрые советы
Метод часов: как диагностировать раннюю стадию деменции у пожилого родственника Метод часов: как диагностировать раннюю стадию деменции у пожилого родственника

На что обратить внимание, чтобы не упустить развитие деменции у близкого?

Psychologies
Источники энергии Источники энергии

Кетогенная диета – система питания, придуманная почти сто лет назад

Добрые советы
Регина неугомонная Регина неугомонная

Что пишет в тетрадях желаний Регина Тодоренко? И зачем хочет получить MBA?

OK!
10 лучших лайфхаков для мойки автомобиля подручными средствами 10 лучших лайфхаков для мойки автомобиля подручными средствами

Чтобы привести машину в порядок, вовсе не обязательно ехать на мойку

Maxim
Искра моря Искра моря

Траулеру Scintilla Maris посчастливилось стать настоящей экспедиционной яхтой

Y Magazine
Открыть в приложении