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

Сверхнизкие орбиты: уникальные возможности и интрига освоения Сверхнизкие орбиты: уникальные возможности и интрига освоения

Сверхнизкие орбиты открывают перспективы, которых нет у других космических высот

Наука
Где живет (не)зависимость? Где живет (не)зависимость?

Откуда берутся навязчивые пристрастия, существует ли предрасположенность к ним?

Psychologies
Краткая история времени Краткая история времени

От Большого взрыва до черных дыр

kiozk originals
Главная роль Кэтрин Зета-Джонс Главная роль Кэтрин Зета-Джонс

Свою главную и самую сложную роль она играет не на сцене или в кино, а в жизни

Караван историй
Тренинг двойной эффективности: почему стоит нанимать женщин после декрета Тренинг двойной эффективности: почему стоит нанимать женщин после декрета

В каком контексте мамы строят карьеру, и почему они ценные сотрудники

Forbes
Аккуратисты и бардачники: как выжить в одном доме с мужчиной, если у вас разные взгляды на быт? Аккуратисты и бардачники: как выжить в одном доме с мужчиной, если у вас разные взгляды на быт?

Как ужиться в одном доме, если вы по-разному относитесь к порядку?

VOICE
Попкорн — вред или польза для здоровья? Узнайте интересные факты о популярной закуске! Попкорн — вред или польза для здоровья? Узнайте интересные факты о популярной закуске!

Попкорн — относительно полезная закуска или вредный снэк?

ТехИнсайдер
Рациональное импортозамещение: как от копирования в IT перейти к переосмыслению Рациональное импортозамещение: как от копирования в IT перейти к переосмыслению

Что такое рациональный подход к импортозамещению? На примере IT

Forbes
Детские травмы: почему все родители их наносят и что с этим делать — мнение психолога Детские травмы: почему все родители их наносят и что с этим делать — мнение психолога

Как можно научиться выстраивать экологичную коммуникацию с детьми

VOICE
6 причин, по которым мужчины сливают в Cеть нюдсы своих бывших 6 причин, по которым мужчины сливают в Cеть нюдсы своих бывших

Психологи нашли объяснение, почему мужчины выкладывают нюдсы своих бывших

Maxim
Как понять, что доставляет вам удовольствие: 4 простых шага Как понять, что доставляет вам удовольствие: 4 простых шага

Как разобраться что именно приносит нам удовольствие?

Psychologies
Хочу на ручки Хочу на ручки

Психолог Екатерина Приморская — о своём опыте перезагрузки в центре аюрведы

Новый очаг
Никогда не говори «никогда» Никогда не говори «никогда»

Какие фразы мешают нам достигать успеха

Лиза
Аварийный вход Аварийный вход

Неочевидная сторона профессии журналиста, за которой скрывается роскошная жизнь

Men Today
10 причин, по которым в доме появляются неприятные запахи: мнение клинеров 10 причин, по которым в доме появляются неприятные запахи: мнение клинеров

Как предотвратить появление неприятных запахов в доме?

VOICE
Фонотека Фонотека

Как первому альбому The Velvet Underground удалось не попасть во время

Правила жизни
Дизайн человека Дизайн человека

Как предсказать будущее фигуры без натальной карты? Боди-менеджмент — наше все.

Собака.ru
4 типа начальников и как ими управлять 4 типа начальников и как ими управлять

Какие существуют психотипы руководителей и как с ними взаимодействовать?

Maxim
Больше энергии Больше энергии

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

Лиза
Фантазировать и\или желать Фантазировать и\или желать

Как способность создавать в воображении миры может помешать жить в реальности

Psychologies
«Задача трех тел»: удивительная научная фантастика от создателей «Игры престолов» «Задача трех тел»: удивительная научная фантастика от создателей «Игры престолов»

Какой получилась англоязычная экранизация азиатской фантастики «Задача трех тел»

Forbes
Крутые повороты Крутые повороты

Переворот и революция, которые вывели Португалию на путь демократии

Дилетант
В поисках Моны Лизы В поисках Моны Лизы

Юрий Шевченко отправился в Португалию, чтобы написать этюды иберийской природы

Дилетант
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
Палеонтологи отобрали у древнего кита из Перу титул самого тяжелого животного в истории Палеонтологи отобрали у древнего кита из Перу титул самого тяжелого животного в истории

Согласно новым оценкам, древний кит перуцет весил на 100 тонн меньше

N+1
Великобритания подошла для роста гигантских секвой не хуже Калифорнии Великобритания подошла для роста гигантских секвой не хуже Калифорнии

Секвойядендроны можно высаживать для борьбы с изменением климата

N+1
Константин Дебликов: «Насколько ты будешь функциональным, зависит не от протеза, а от тебя» Константин Дебликов: «Насколько ты будешь функциональным, зависит не от протеза, а от тебя»

Человек-киборг Константин Дебликов — каково это жить с новыми и разными руками

РБК
Нет любви Нет любви

Наверное, каждая мечтает о настоящих чувствах. В чем проблема, если их нет?

Добрые советы
Две трети компаний сталкиваются с нехваткой кадров, борясь со сложными кибератаками Две трети компаний сталкиваются с нехваткой кадров, борясь со сложными кибератаками

Как отечественный бизнес справляется с участившимися кибератаками

Forbes
Сплошная экзотика Сплошная экзотика

Как оформить квартиру в модном этническом стиле

Лиза
Открыть в приложении